prpgramainvestigacionestructuraqtómica

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Anexo III. Materiales de los Programas de Investigación de las Unidades Didácticas 550 III.9 PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN Q1: ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACE QUÍMICO ¿POR QUÉ PRESENTAN REGULARIDADES LAS PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Y POR QUÉ SE UNEN ENTRE SI PARA FORMAR SUSTANCIAS? En este anexo se recogen comentarios y análisis de algunas actividades del programa de investigación Q1: Estructura atómica. Sistema periódico y enlace químico, así como documentos de apoyo y materiales complementarios del mismo . Se incluye la diagnosis inicial de estructura atómica, con el documento, antes de empezar atrévete y contesta y los comentarios y análisis de los resultados obtenidos con el mismo. Se propone una selección de modelos y simulaciones con ordenador de estructura atómica, terminando con una selección de algunos de los documentos de apoyo elaborados sobre la estructura atómica que incluyen comentarios de textos, documentos históricos y de relaciones CTS.

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Unidad didáctica Programa de investigación La estructura atómica

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Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

550

III9 PROGRAMA DE INVESTIGACIOacuteN Q1 ESTRUCTURA ATOacuteMICA Y

ENLACE QUIacuteMICO iquestPOR QUEacute PRESENTAN REGULARIDADES LAS

PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y POR QUEacute SE UNEN

ENTRE SI PARA FORMAR SUSTANCIAS

En este anexo se recogen comentarios y anaacutelisis de algunas actividades del

programa de investigacioacuten Q1 Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace

quiacutemico asiacute como documentos de apoyo y materiales complementarios del mismo

Se incluye la diagnosis inicial de estructura atoacutemica con el documento antes de

empezar atreacutevete y contesta y los comentarios y anaacutelisis de los resultados obtenidos con

el mismo Se propone una seleccioacuten de modelos y simulaciones con ordenador de

estructura atoacutemica terminando con una seleccioacuten de algunos de los documentos de

apoyo elaborados sobre la estructura atoacutemica que incluyen comentarios de textos

documentos histoacutericos y de relaciones CTS

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

551

III10 Diagnosis inicial Estructura atoacutemica Antes de empezar atreacutevete y contesta

1 iquestCoacutemo se puede explicar la neutralidad eleacutectrica del aacutetomo si estaacute formado por partiacuteculas

maacutes pequentildeas las cuaacuteles poseen carga eleacutectrica

2 Indica si te parecen o no correctas las siguientes frases justificando tu respuesta

a) ldquoLos aacutetomos de oro son maacutes duros que los aacutetomos de oxiacutegenordquo

b) Cuando un soacutelido como el hierro se funde sus aacutetomos pasan de soacutelido a liacutequido

3 Explica como puede un aacutetomo neutro adquirir carga positiva Justifica la respuesta que creas

correcta

a) gana electrones

b) gana protones

c) pierde electrones

d) pierde protones

e) un aacutetomo no puede adquirir carga positiva

4 Las partiacuteculas A B C D E y F tienen los protones neutrones y electrones que se indica

Sentildeala en la casilla correspondiente mediante una ldquoxrdquo queacute partiacuteculas son a) iones positivos b)

isoacutetopos del mismo elemento quiacutemico c) iones negativos

Protones Neutrones Electrones a) Iones

positivos

b)

isoacutetopos

c) Iones

negativos

A 9 10 9

B 8 8 10

C 12 13 12

D 11 12 11

E 10 9 10

F 12 12 10

5 iquestQueacute le ocurre a un aacutetomo si se le arranca alguacuten electroacuten de su corteza

a) Se destruye el aacutetomo porque se vuelve inestable

b) El aacutetomo queda cargado positivamente

c) El aacutetomo queda cargado negativamente

d) En condiciones normales es casi imposible arrancar un electroacuten a un aacutetomo

6 Seguacuten el modelo atoacutemico de Boumlhr cuando un aacutetomo de hidroacutegeno pierde un electroacuten el ion

H+ que queda consiste en

a) Uacutenicamente el nuacutecleo del aacutetomo de hidroacutegeno

b) El nuacutecleo del aacutetomo y solo una oacuterbita vaciacutea

c) El nuacutecleo y variacuteas orbitas vaciacuteas

d) Uacutenicamente una oacuterbita vaciacutea

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes (coacutemo

ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan propiedades

muy semejantes

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte

electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que forman

el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula de ese

compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de magnesio

(MgF2)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

552

III11 Comentarios y anaacutelisis de resultados a la Diagnosis inicial Estructura atoacutemica

1 iquestCoacutemo se puede explicar la neutralidad eleacutectrica del aacutetomo si estaacute formado por

partiacuteculas maacutes pequentildeas las cuaacuteles poseen carga eleacutectrica

Comentario Aunque es contestada correctamente por algo maacutes del 60 del alumnado tanto

de los grupos experimental como de control muchos de estos alumnos tienen dificultad para

justificar y expresar correctamente sus ideas no logran explicar que se compensan las cargas

eleacutectricas positivas y negativas al tener el aacutetomo neutro el mismo nuacutemero de protones en el

nuacutecleo que de electrones en sus oacuterbitas electroacutenicas y que tienen la misma carga eleacutectrica pero

de signo contrario

Despueacutes del proceso de ensentildeanza no suelen haber grandes dificultades en contestar

correctamente aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo

experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

2 Indica si te parecen o no correctas las siguientes frases justificando tu respuesta

a) ldquoLos aacutetomos de oro son maacutes duros que los aacutetomos de oxiacutegenordquo

b) ldquoCuando un soacutelido como el hierro se funde sus aacutetomos pasan de soacutelido a liacutequidordquo

Comentario Solo es contestada correctamente por alrededor del 30 del alumnado tanto de

los grupos experimental como de control Muchos alumnos y alumnas incluso en 1ordm de

bachillerato habiendo tratado el tema en 3ordm y en 4ordm de la ESO atribuyen a los aacutetomos

individuales las propiedades macroscoacutepicas de las sustancias elementales No consideran que la

dureza es una propiedad de las sustancias que no podemos aplicar a los aacutetomos que solo tiene

sentido desde un punto de vista macroscoacutepico y que con ella nos referimos a la mayor o menor

facilidad para rayar ldquoun trozo de orordquo Es una propiedad aplicable a conjuntos formados por

enormes cantidades de aacutetomos de oro pero no a pocos de ellos y mucho menos a uno De la

misma forma coherentes con esa idea alternativa de dotar de las propiedades macroscoacutepicas de

las sustancias a sus componentes microscoacutepicos piensan mayoritariamente que al cambiar de

fase la sustancia tambieacuten lo hacen los aacutetomos que la forman

Despueacutes del proceso de ensentildeanza siguen encontrando dificultades en contestar correctamente

aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65

de aciertos) que en el grupo de control (45 de aciertos)

3 Explica como puede un aacutetomo neutro adquirir carga positiva Justifica la respuesta que

creas correcta

a) gana electrones

b) gana protones

c) pierde electrones

d) pierde protones

e) un aacutetomo no puede adquirir carga positiva

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 65 antes del proceso de ensentildeanza

Cuando se les pregunta sobre la forma de adquirir un aacutetomo carga negativa mayoritariamente

sentildealan de forma correcta la ganancia de electrones pero tienen maacutes dificultad de contestar

correctamente y justificar la adquisicioacuten de carga positiva que muchos la asocian a ganar cargas

positivas (protones)

Despueacutes del proceso de ensentildeanza no suelen haber grandes dificultades en contestar

correctamente aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo

experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

553

4 Las partiacuteculas A B C D E y F tienen los protones neutrones y electrones que se indica

Sentildeala en la casilla correspondiente mediante una ldquoxrdquo queacute partiacuteculas son a) iones

positivos b) isoacutetopos del mismo elemento quiacutemico c) iones negativos

Protones Neutrones Electrones a) Iones

positivos

b)

isoacutetopos

c) Iones

negativos

A 9 10 9

B 8 8 10

C 12 13 12

D 11 12 11

E 10 9 10

F 12 12 10

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente en su totalidad antes del proceso

de ensentildeanza por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La

mayor dificultad la encuentran en detectar los isoacutetopos del mismo elemento y los iones

positivos respectivamente y contestan de forma mayoritaria sentildealando correctamente los iones

negativos

Despueacutes del proceso de ensentildeanza evolucionan muy positivamente los conocimientos y no

suelen haber grandes dificultades en contestar correctamente aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (87 de aciertos) que en el grupo

de control (66 de aciertos)

5 iquestQueacute le ocurre a un aacutetomo si se le arranca alguacuten electroacuten de su corteza

a) Se destruye el aacutetomo porque se vuelve inestable

b) El aacutetomo queda cargado positivamente

c) El aacutetomo queda cargado negativamente

d) En condiciones normales es casi imposible arrancar un electroacuten a un aacutetomo

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 73 antes del proceso de ensentildeanza

Contestan acertadamente que el aacutetomo queda cargado positivamente Despueacutes del proceso de

ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de

respuestas positivas en el grupo experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (75

de aciertos)

A5 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 1 (33 ) 22 (730 ) 6 (200) 1 (33 )

6 Seguacuten el modelo atoacutemico de Boumlhr cuando un aacutetomo de hidroacutegeno pierde un electroacuten el

ion H+

que queda consiste en

a) Uacutenicamente el nuacutecleo del aacutetomo de hidroacutegeno

b) El nuacutecleo del aacutetomo y solo una oacuterbita vaciacutea

c) El nuacutecleo y variacuteas orbitas vaciacuteas

d) Uacutenicamente una oacuterbita vaciacutea

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 43 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

A3 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 1 (33 ) 9 (300 ) 19 (633) 1 (33 ) 0 (0)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

554

alumnado mantienen graves errores conceptuales sobre el modelo cuaacutentico elemental del aacutetomo

considerando que los orbiacutetales son independientes de los electrones y que por tanto pueden o no

estar ocupados por eacutestos Presentan la idea de orbital estanteriacutea que pueden ser ocupados por

electrones O bien considerar que los orbiacutetales son las envolventes de las posibles trayectorias

del electroacuten en el aacutetomo Muy pocos alumnos y alumnas piensan que los orbiacutetales estaacuten

asociados a propiedades de los electrones y no tienen existencia independiente de estos La

estructura electroacutenica es explicada a veces a partir de la ordenacioacuten de orbiacutetales de menor a

mayor energiacutea que despueacutes se ocupa fruto en parte de las analogiacuteas empleadas en la ensentildeanza

Despueacutes del proceso de ensentildeanza aunque se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose

en gran parte del alumnado las mismas ideas alternativas aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65 de aciertos) frente al grupo

de control (52 de aciertos)

La palabra ldquoocuparrdquo ldquollenarrdquo ldquocolocarrdquo no se deben tomar literalmente Los orbiacutetales no son

un juego de cajas colocadas riacutegidamente en una escala de energiacutea Ni tienen existencia

independiente del electroacuten Cuando decimos que el electroacuten estaacute en un orbital o estado estamos

diciendo que el electroacuten se esta comportando de una determinada forma que se encuentra en un

estado energeacutetico determinado

A6 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 13 (433 ) 12 (400 ) 4 (133) 1 (33 )

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 69 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en distinto grupo

del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a propiedades

perioacutedicas como las diferencia de electronegatividad Con el proceso de ensentildeanza mejora el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas maacutes

correctas en el grupo experimental (75 de aciertos) que en el grupo de control (55 de

aciertos)

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes

(coacutemo ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan

propiedades muy semejantes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en el mismo

grupo o familia del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a

propiedades perioacutedicas como la similitud de los valores de la electronegatividad o el potencial

de ionizacioacuten Con el proceso de ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas

obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (80 de

aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 60 antes del proceso de ensentildeanza

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

555

pero sin una explicacioacuten adecuada La idea alternativa maacutes extendida es pensar que se

comparten electrones sin pensar que en las sustancias ioacutenicas hay una transferencia de

electrones del metal al no metal Con el proceso de ensentildeanza mejora sin mucha dificultad el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en

el grupo experimental (90 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que

forman el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

alumnado el 53 elige un electroacuten como formacioacuten del enlace en un enlace covalente simple

Despueacutes del proceso de ensentildeanza se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose en una

parte del alumnado los mismos errores aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas

positivas en el grupo experimental (85 de aciertos) frente al grupo de control (66 de

aciertos)

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula

de ese compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de

magnesio (MgF2)

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que presentan enlace covalente

y ioacutenico respectivamente pero sin ninguna explicacioacuten o sin una justificacioacuten adecuada No

hacen mencioacuten a los electrones compartidos o transferidos con la formacioacuten de iones debido a

las diferentas de electronegatividad de los aacutetomos Despueacutes del proceso de ensentildeanza mejora

el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas

en el grupo experimental (80 de aciertos) con respecto al grupo de control (60 de

aciertos) y mayoritariamente son justificadas con correccioacuten

A9 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 2 (67 ) 18 (600 ) 8 (267) 1 (33 ) 0 (0)

A10 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 0 (00 ) 16 (530 ) 12 (400) 1 (33 ) 1 (33 )

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

551

III10 Diagnosis inicial Estructura atoacutemica Antes de empezar atreacutevete y contesta

1 iquestCoacutemo se puede explicar la neutralidad eleacutectrica del aacutetomo si estaacute formado por partiacuteculas

maacutes pequentildeas las cuaacuteles poseen carga eleacutectrica

2 Indica si te parecen o no correctas las siguientes frases justificando tu respuesta

a) ldquoLos aacutetomos de oro son maacutes duros que los aacutetomos de oxiacutegenordquo

b) Cuando un soacutelido como el hierro se funde sus aacutetomos pasan de soacutelido a liacutequido

3 Explica como puede un aacutetomo neutro adquirir carga positiva Justifica la respuesta que creas

correcta

a) gana electrones

b) gana protones

c) pierde electrones

d) pierde protones

e) un aacutetomo no puede adquirir carga positiva

4 Las partiacuteculas A B C D E y F tienen los protones neutrones y electrones que se indica

Sentildeala en la casilla correspondiente mediante una ldquoxrdquo queacute partiacuteculas son a) iones positivos b)

isoacutetopos del mismo elemento quiacutemico c) iones negativos

Protones Neutrones Electrones a) Iones

positivos

b)

isoacutetopos

c) Iones

negativos

A 9 10 9

B 8 8 10

C 12 13 12

D 11 12 11

E 10 9 10

F 12 12 10

5 iquestQueacute le ocurre a un aacutetomo si se le arranca alguacuten electroacuten de su corteza

a) Se destruye el aacutetomo porque se vuelve inestable

b) El aacutetomo queda cargado positivamente

c) El aacutetomo queda cargado negativamente

d) En condiciones normales es casi imposible arrancar un electroacuten a un aacutetomo

6 Seguacuten el modelo atoacutemico de Boumlhr cuando un aacutetomo de hidroacutegeno pierde un electroacuten el ion

H+ que queda consiste en

a) Uacutenicamente el nuacutecleo del aacutetomo de hidroacutegeno

b) El nuacutecleo del aacutetomo y solo una oacuterbita vaciacutea

c) El nuacutecleo y variacuteas orbitas vaciacuteas

d) Uacutenicamente una oacuterbita vaciacutea

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes (coacutemo

ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan propiedades

muy semejantes

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte

electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que forman

el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula de ese

compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de magnesio

(MgF2)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

552

III11 Comentarios y anaacutelisis de resultados a la Diagnosis inicial Estructura atoacutemica

1 iquestCoacutemo se puede explicar la neutralidad eleacutectrica del aacutetomo si estaacute formado por

partiacuteculas maacutes pequentildeas las cuaacuteles poseen carga eleacutectrica

Comentario Aunque es contestada correctamente por algo maacutes del 60 del alumnado tanto

de los grupos experimental como de control muchos de estos alumnos tienen dificultad para

justificar y expresar correctamente sus ideas no logran explicar que se compensan las cargas

eleacutectricas positivas y negativas al tener el aacutetomo neutro el mismo nuacutemero de protones en el

nuacutecleo que de electrones en sus oacuterbitas electroacutenicas y que tienen la misma carga eleacutectrica pero

de signo contrario

Despueacutes del proceso de ensentildeanza no suelen haber grandes dificultades en contestar

correctamente aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo

experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

2 Indica si te parecen o no correctas las siguientes frases justificando tu respuesta

a) ldquoLos aacutetomos de oro son maacutes duros que los aacutetomos de oxiacutegenordquo

b) ldquoCuando un soacutelido como el hierro se funde sus aacutetomos pasan de soacutelido a liacutequidordquo

Comentario Solo es contestada correctamente por alrededor del 30 del alumnado tanto de

los grupos experimental como de control Muchos alumnos y alumnas incluso en 1ordm de

bachillerato habiendo tratado el tema en 3ordm y en 4ordm de la ESO atribuyen a los aacutetomos

individuales las propiedades macroscoacutepicas de las sustancias elementales No consideran que la

dureza es una propiedad de las sustancias que no podemos aplicar a los aacutetomos que solo tiene

sentido desde un punto de vista macroscoacutepico y que con ella nos referimos a la mayor o menor

facilidad para rayar ldquoun trozo de orordquo Es una propiedad aplicable a conjuntos formados por

enormes cantidades de aacutetomos de oro pero no a pocos de ellos y mucho menos a uno De la

misma forma coherentes con esa idea alternativa de dotar de las propiedades macroscoacutepicas de

las sustancias a sus componentes microscoacutepicos piensan mayoritariamente que al cambiar de

fase la sustancia tambieacuten lo hacen los aacutetomos que la forman

Despueacutes del proceso de ensentildeanza siguen encontrando dificultades en contestar correctamente

aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65

de aciertos) que en el grupo de control (45 de aciertos)

3 Explica como puede un aacutetomo neutro adquirir carga positiva Justifica la respuesta que

creas correcta

a) gana electrones

b) gana protones

c) pierde electrones

d) pierde protones

e) un aacutetomo no puede adquirir carga positiva

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 65 antes del proceso de ensentildeanza

Cuando se les pregunta sobre la forma de adquirir un aacutetomo carga negativa mayoritariamente

sentildealan de forma correcta la ganancia de electrones pero tienen maacutes dificultad de contestar

correctamente y justificar la adquisicioacuten de carga positiva que muchos la asocian a ganar cargas

positivas (protones)

Despueacutes del proceso de ensentildeanza no suelen haber grandes dificultades en contestar

correctamente aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo

experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

553

4 Las partiacuteculas A B C D E y F tienen los protones neutrones y electrones que se indica

Sentildeala en la casilla correspondiente mediante una ldquoxrdquo queacute partiacuteculas son a) iones

positivos b) isoacutetopos del mismo elemento quiacutemico c) iones negativos

Protones Neutrones Electrones a) Iones

positivos

b)

isoacutetopos

c) Iones

negativos

A 9 10 9

B 8 8 10

C 12 13 12

D 11 12 11

E 10 9 10

F 12 12 10

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente en su totalidad antes del proceso

de ensentildeanza por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La

mayor dificultad la encuentran en detectar los isoacutetopos del mismo elemento y los iones

positivos respectivamente y contestan de forma mayoritaria sentildealando correctamente los iones

negativos

Despueacutes del proceso de ensentildeanza evolucionan muy positivamente los conocimientos y no

suelen haber grandes dificultades en contestar correctamente aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (87 de aciertos) que en el grupo

de control (66 de aciertos)

5 iquestQueacute le ocurre a un aacutetomo si se le arranca alguacuten electroacuten de su corteza

a) Se destruye el aacutetomo porque se vuelve inestable

b) El aacutetomo queda cargado positivamente

c) El aacutetomo queda cargado negativamente

d) En condiciones normales es casi imposible arrancar un electroacuten a un aacutetomo

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 73 antes del proceso de ensentildeanza

Contestan acertadamente que el aacutetomo queda cargado positivamente Despueacutes del proceso de

ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de

respuestas positivas en el grupo experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (75

de aciertos)

A5 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 1 (33 ) 22 (730 ) 6 (200) 1 (33 )

6 Seguacuten el modelo atoacutemico de Boumlhr cuando un aacutetomo de hidroacutegeno pierde un electroacuten el

ion H+

que queda consiste en

a) Uacutenicamente el nuacutecleo del aacutetomo de hidroacutegeno

b) El nuacutecleo del aacutetomo y solo una oacuterbita vaciacutea

c) El nuacutecleo y variacuteas orbitas vaciacuteas

d) Uacutenicamente una oacuterbita vaciacutea

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 43 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

A3 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 1 (33 ) 9 (300 ) 19 (633) 1 (33 ) 0 (0)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

554

alumnado mantienen graves errores conceptuales sobre el modelo cuaacutentico elemental del aacutetomo

considerando que los orbiacutetales son independientes de los electrones y que por tanto pueden o no

estar ocupados por eacutestos Presentan la idea de orbital estanteriacutea que pueden ser ocupados por

electrones O bien considerar que los orbiacutetales son las envolventes de las posibles trayectorias

del electroacuten en el aacutetomo Muy pocos alumnos y alumnas piensan que los orbiacutetales estaacuten

asociados a propiedades de los electrones y no tienen existencia independiente de estos La

estructura electroacutenica es explicada a veces a partir de la ordenacioacuten de orbiacutetales de menor a

mayor energiacutea que despueacutes se ocupa fruto en parte de las analogiacuteas empleadas en la ensentildeanza

Despueacutes del proceso de ensentildeanza aunque se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose

en gran parte del alumnado las mismas ideas alternativas aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65 de aciertos) frente al grupo

de control (52 de aciertos)

La palabra ldquoocuparrdquo ldquollenarrdquo ldquocolocarrdquo no se deben tomar literalmente Los orbiacutetales no son

un juego de cajas colocadas riacutegidamente en una escala de energiacutea Ni tienen existencia

independiente del electroacuten Cuando decimos que el electroacuten estaacute en un orbital o estado estamos

diciendo que el electroacuten se esta comportando de una determinada forma que se encuentra en un

estado energeacutetico determinado

A6 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 13 (433 ) 12 (400 ) 4 (133) 1 (33 )

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 69 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en distinto grupo

del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a propiedades

perioacutedicas como las diferencia de electronegatividad Con el proceso de ensentildeanza mejora el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas maacutes

correctas en el grupo experimental (75 de aciertos) que en el grupo de control (55 de

aciertos)

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes

(coacutemo ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan

propiedades muy semejantes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en el mismo

grupo o familia del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a

propiedades perioacutedicas como la similitud de los valores de la electronegatividad o el potencial

de ionizacioacuten Con el proceso de ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas

obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (80 de

aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 60 antes del proceso de ensentildeanza

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

555

pero sin una explicacioacuten adecuada La idea alternativa maacutes extendida es pensar que se

comparten electrones sin pensar que en las sustancias ioacutenicas hay una transferencia de

electrones del metal al no metal Con el proceso de ensentildeanza mejora sin mucha dificultad el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en

el grupo experimental (90 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que

forman el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

alumnado el 53 elige un electroacuten como formacioacuten del enlace en un enlace covalente simple

Despueacutes del proceso de ensentildeanza se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose en una

parte del alumnado los mismos errores aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas

positivas en el grupo experimental (85 de aciertos) frente al grupo de control (66 de

aciertos)

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula

de ese compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de

magnesio (MgF2)

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que presentan enlace covalente

y ioacutenico respectivamente pero sin ninguna explicacioacuten o sin una justificacioacuten adecuada No

hacen mencioacuten a los electrones compartidos o transferidos con la formacioacuten de iones debido a

las diferentas de electronegatividad de los aacutetomos Despueacutes del proceso de ensentildeanza mejora

el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas

en el grupo experimental (80 de aciertos) con respecto al grupo de control (60 de

aciertos) y mayoritariamente son justificadas con correccioacuten

A9 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 2 (67 ) 18 (600 ) 8 (267) 1 (33 ) 0 (0)

A10 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 0 (00 ) 16 (530 ) 12 (400) 1 (33 ) 1 (33 )

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

552

III11 Comentarios y anaacutelisis de resultados a la Diagnosis inicial Estructura atoacutemica

1 iquestCoacutemo se puede explicar la neutralidad eleacutectrica del aacutetomo si estaacute formado por

partiacuteculas maacutes pequentildeas las cuaacuteles poseen carga eleacutectrica

Comentario Aunque es contestada correctamente por algo maacutes del 60 del alumnado tanto

de los grupos experimental como de control muchos de estos alumnos tienen dificultad para

justificar y expresar correctamente sus ideas no logran explicar que se compensan las cargas

eleacutectricas positivas y negativas al tener el aacutetomo neutro el mismo nuacutemero de protones en el

nuacutecleo que de electrones en sus oacuterbitas electroacutenicas y que tienen la misma carga eleacutectrica pero

de signo contrario

Despueacutes del proceso de ensentildeanza no suelen haber grandes dificultades en contestar

correctamente aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo

experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

2 Indica si te parecen o no correctas las siguientes frases justificando tu respuesta

a) ldquoLos aacutetomos de oro son maacutes duros que los aacutetomos de oxiacutegenordquo

b) ldquoCuando un soacutelido como el hierro se funde sus aacutetomos pasan de soacutelido a liacutequidordquo

Comentario Solo es contestada correctamente por alrededor del 30 del alumnado tanto de

los grupos experimental como de control Muchos alumnos y alumnas incluso en 1ordm de

bachillerato habiendo tratado el tema en 3ordm y en 4ordm de la ESO atribuyen a los aacutetomos

individuales las propiedades macroscoacutepicas de las sustancias elementales No consideran que la

dureza es una propiedad de las sustancias que no podemos aplicar a los aacutetomos que solo tiene

sentido desde un punto de vista macroscoacutepico y que con ella nos referimos a la mayor o menor

facilidad para rayar ldquoun trozo de orordquo Es una propiedad aplicable a conjuntos formados por

enormes cantidades de aacutetomos de oro pero no a pocos de ellos y mucho menos a uno De la

misma forma coherentes con esa idea alternativa de dotar de las propiedades macroscoacutepicas de

las sustancias a sus componentes microscoacutepicos piensan mayoritariamente que al cambiar de

fase la sustancia tambieacuten lo hacen los aacutetomos que la forman

Despueacutes del proceso de ensentildeanza siguen encontrando dificultades en contestar correctamente

aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65

de aciertos) que en el grupo de control (45 de aciertos)

3 Explica como puede un aacutetomo neutro adquirir carga positiva Justifica la respuesta que

creas correcta

a) gana electrones

b) gana protones

c) pierde electrones

d) pierde protones

e) un aacutetomo no puede adquirir carga positiva

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 65 antes del proceso de ensentildeanza

Cuando se les pregunta sobre la forma de adquirir un aacutetomo carga negativa mayoritariamente

sentildealan de forma correcta la ganancia de electrones pero tienen maacutes dificultad de contestar

correctamente y justificar la adquisicioacuten de carga positiva que muchos la asocian a ganar cargas

positivas (protones)

Despueacutes del proceso de ensentildeanza no suelen haber grandes dificultades en contestar

correctamente aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo

experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

553

4 Las partiacuteculas A B C D E y F tienen los protones neutrones y electrones que se indica

Sentildeala en la casilla correspondiente mediante una ldquoxrdquo queacute partiacuteculas son a) iones

positivos b) isoacutetopos del mismo elemento quiacutemico c) iones negativos

Protones Neutrones Electrones a) Iones

positivos

b)

isoacutetopos

c) Iones

negativos

A 9 10 9

B 8 8 10

C 12 13 12

D 11 12 11

E 10 9 10

F 12 12 10

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente en su totalidad antes del proceso

de ensentildeanza por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La

mayor dificultad la encuentran en detectar los isoacutetopos del mismo elemento y los iones

positivos respectivamente y contestan de forma mayoritaria sentildealando correctamente los iones

negativos

Despueacutes del proceso de ensentildeanza evolucionan muy positivamente los conocimientos y no

suelen haber grandes dificultades en contestar correctamente aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (87 de aciertos) que en el grupo

de control (66 de aciertos)

5 iquestQueacute le ocurre a un aacutetomo si se le arranca alguacuten electroacuten de su corteza

a) Se destruye el aacutetomo porque se vuelve inestable

b) El aacutetomo queda cargado positivamente

c) El aacutetomo queda cargado negativamente

d) En condiciones normales es casi imposible arrancar un electroacuten a un aacutetomo

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 73 antes del proceso de ensentildeanza

Contestan acertadamente que el aacutetomo queda cargado positivamente Despueacutes del proceso de

ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de

respuestas positivas en el grupo experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (75

de aciertos)

A5 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 1 (33 ) 22 (730 ) 6 (200) 1 (33 )

6 Seguacuten el modelo atoacutemico de Boumlhr cuando un aacutetomo de hidroacutegeno pierde un electroacuten el

ion H+

que queda consiste en

a) Uacutenicamente el nuacutecleo del aacutetomo de hidroacutegeno

b) El nuacutecleo del aacutetomo y solo una oacuterbita vaciacutea

c) El nuacutecleo y variacuteas orbitas vaciacuteas

d) Uacutenicamente una oacuterbita vaciacutea

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 43 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

A3 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 1 (33 ) 9 (300 ) 19 (633) 1 (33 ) 0 (0)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

554

alumnado mantienen graves errores conceptuales sobre el modelo cuaacutentico elemental del aacutetomo

considerando que los orbiacutetales son independientes de los electrones y que por tanto pueden o no

estar ocupados por eacutestos Presentan la idea de orbital estanteriacutea que pueden ser ocupados por

electrones O bien considerar que los orbiacutetales son las envolventes de las posibles trayectorias

del electroacuten en el aacutetomo Muy pocos alumnos y alumnas piensan que los orbiacutetales estaacuten

asociados a propiedades de los electrones y no tienen existencia independiente de estos La

estructura electroacutenica es explicada a veces a partir de la ordenacioacuten de orbiacutetales de menor a

mayor energiacutea que despueacutes se ocupa fruto en parte de las analogiacuteas empleadas en la ensentildeanza

Despueacutes del proceso de ensentildeanza aunque se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose

en gran parte del alumnado las mismas ideas alternativas aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65 de aciertos) frente al grupo

de control (52 de aciertos)

La palabra ldquoocuparrdquo ldquollenarrdquo ldquocolocarrdquo no se deben tomar literalmente Los orbiacutetales no son

un juego de cajas colocadas riacutegidamente en una escala de energiacutea Ni tienen existencia

independiente del electroacuten Cuando decimos que el electroacuten estaacute en un orbital o estado estamos

diciendo que el electroacuten se esta comportando de una determinada forma que se encuentra en un

estado energeacutetico determinado

A6 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 13 (433 ) 12 (400 ) 4 (133) 1 (33 )

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 69 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en distinto grupo

del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a propiedades

perioacutedicas como las diferencia de electronegatividad Con el proceso de ensentildeanza mejora el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas maacutes

correctas en el grupo experimental (75 de aciertos) que en el grupo de control (55 de

aciertos)

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes

(coacutemo ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan

propiedades muy semejantes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en el mismo

grupo o familia del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a

propiedades perioacutedicas como la similitud de los valores de la electronegatividad o el potencial

de ionizacioacuten Con el proceso de ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas

obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (80 de

aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 60 antes del proceso de ensentildeanza

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

555

pero sin una explicacioacuten adecuada La idea alternativa maacutes extendida es pensar que se

comparten electrones sin pensar que en las sustancias ioacutenicas hay una transferencia de

electrones del metal al no metal Con el proceso de ensentildeanza mejora sin mucha dificultad el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en

el grupo experimental (90 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que

forman el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

alumnado el 53 elige un electroacuten como formacioacuten del enlace en un enlace covalente simple

Despueacutes del proceso de ensentildeanza se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose en una

parte del alumnado los mismos errores aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas

positivas en el grupo experimental (85 de aciertos) frente al grupo de control (66 de

aciertos)

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula

de ese compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de

magnesio (MgF2)

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que presentan enlace covalente

y ioacutenico respectivamente pero sin ninguna explicacioacuten o sin una justificacioacuten adecuada No

hacen mencioacuten a los electrones compartidos o transferidos con la formacioacuten de iones debido a

las diferentas de electronegatividad de los aacutetomos Despueacutes del proceso de ensentildeanza mejora

el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas

en el grupo experimental (80 de aciertos) con respecto al grupo de control (60 de

aciertos) y mayoritariamente son justificadas con correccioacuten

A9 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 2 (67 ) 18 (600 ) 8 (267) 1 (33 ) 0 (0)

A10 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 0 (00 ) 16 (530 ) 12 (400) 1 (33 ) 1 (33 )

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

553

4 Las partiacuteculas A B C D E y F tienen los protones neutrones y electrones que se indica

Sentildeala en la casilla correspondiente mediante una ldquoxrdquo queacute partiacuteculas son a) iones

positivos b) isoacutetopos del mismo elemento quiacutemico c) iones negativos

Protones Neutrones Electrones a) Iones

positivos

b)

isoacutetopos

c) Iones

negativos

A 9 10 9

B 8 8 10

C 12 13 12

D 11 12 11

E 10 9 10

F 12 12 10

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente en su totalidad antes del proceso

de ensentildeanza por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La

mayor dificultad la encuentran en detectar los isoacutetopos del mismo elemento y los iones

positivos respectivamente y contestan de forma mayoritaria sentildealando correctamente los iones

negativos

Despueacutes del proceso de ensentildeanza evolucionan muy positivamente los conocimientos y no

suelen haber grandes dificultades en contestar correctamente aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (87 de aciertos) que en el grupo

de control (66 de aciertos)

5 iquestQueacute le ocurre a un aacutetomo si se le arranca alguacuten electroacuten de su corteza

a) Se destruye el aacutetomo porque se vuelve inestable

b) El aacutetomo queda cargado positivamente

c) El aacutetomo queda cargado negativamente

d) En condiciones normales es casi imposible arrancar un electroacuten a un aacutetomo

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 73 antes del proceso de ensentildeanza

Contestan acertadamente que el aacutetomo queda cargado positivamente Despueacutes del proceso de

ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de

respuestas positivas en el grupo experimental (92 de aciertos) que en el grupo de control (75

de aciertos)

A5 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 1 (33 ) 22 (730 ) 6 (200) 1 (33 )

6 Seguacuten el modelo atoacutemico de Boumlhr cuando un aacutetomo de hidroacutegeno pierde un electroacuten el

ion H+

que queda consiste en

a) Uacutenicamente el nuacutecleo del aacutetomo de hidroacutegeno

b) El nuacutecleo del aacutetomo y solo una oacuterbita vaciacutea

c) El nuacutecleo y variacuteas orbitas vaciacuteas

d) Uacutenicamente una oacuterbita vaciacutea

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 43 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

A3 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 1 (33 ) 9 (300 ) 19 (633) 1 (33 ) 0 (0)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

554

alumnado mantienen graves errores conceptuales sobre el modelo cuaacutentico elemental del aacutetomo

considerando que los orbiacutetales son independientes de los electrones y que por tanto pueden o no

estar ocupados por eacutestos Presentan la idea de orbital estanteriacutea que pueden ser ocupados por

electrones O bien considerar que los orbiacutetales son las envolventes de las posibles trayectorias

del electroacuten en el aacutetomo Muy pocos alumnos y alumnas piensan que los orbiacutetales estaacuten

asociados a propiedades de los electrones y no tienen existencia independiente de estos La

estructura electroacutenica es explicada a veces a partir de la ordenacioacuten de orbiacutetales de menor a

mayor energiacutea que despueacutes se ocupa fruto en parte de las analogiacuteas empleadas en la ensentildeanza

Despueacutes del proceso de ensentildeanza aunque se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose

en gran parte del alumnado las mismas ideas alternativas aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65 de aciertos) frente al grupo

de control (52 de aciertos)

La palabra ldquoocuparrdquo ldquollenarrdquo ldquocolocarrdquo no se deben tomar literalmente Los orbiacutetales no son

un juego de cajas colocadas riacutegidamente en una escala de energiacutea Ni tienen existencia

independiente del electroacuten Cuando decimos que el electroacuten estaacute en un orbital o estado estamos

diciendo que el electroacuten se esta comportando de una determinada forma que se encuentra en un

estado energeacutetico determinado

A6 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 13 (433 ) 12 (400 ) 4 (133) 1 (33 )

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 69 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en distinto grupo

del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a propiedades

perioacutedicas como las diferencia de electronegatividad Con el proceso de ensentildeanza mejora el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas maacutes

correctas en el grupo experimental (75 de aciertos) que en el grupo de control (55 de

aciertos)

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes

(coacutemo ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan

propiedades muy semejantes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en el mismo

grupo o familia del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a

propiedades perioacutedicas como la similitud de los valores de la electronegatividad o el potencial

de ionizacioacuten Con el proceso de ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas

obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (80 de

aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 60 antes del proceso de ensentildeanza

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

555

pero sin una explicacioacuten adecuada La idea alternativa maacutes extendida es pensar que se

comparten electrones sin pensar que en las sustancias ioacutenicas hay una transferencia de

electrones del metal al no metal Con el proceso de ensentildeanza mejora sin mucha dificultad el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en

el grupo experimental (90 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que

forman el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

alumnado el 53 elige un electroacuten como formacioacuten del enlace en un enlace covalente simple

Despueacutes del proceso de ensentildeanza se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose en una

parte del alumnado los mismos errores aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas

positivas en el grupo experimental (85 de aciertos) frente al grupo de control (66 de

aciertos)

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula

de ese compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de

magnesio (MgF2)

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que presentan enlace covalente

y ioacutenico respectivamente pero sin ninguna explicacioacuten o sin una justificacioacuten adecuada No

hacen mencioacuten a los electrones compartidos o transferidos con la formacioacuten de iones debido a

las diferentas de electronegatividad de los aacutetomos Despueacutes del proceso de ensentildeanza mejora

el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas

en el grupo experimental (80 de aciertos) con respecto al grupo de control (60 de

aciertos) y mayoritariamente son justificadas con correccioacuten

A9 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 2 (67 ) 18 (600 ) 8 (267) 1 (33 ) 0 (0)

A10 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 0 (00 ) 16 (530 ) 12 (400) 1 (33 ) 1 (33 )

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

554

alumnado mantienen graves errores conceptuales sobre el modelo cuaacutentico elemental del aacutetomo

considerando que los orbiacutetales son independientes de los electrones y que por tanto pueden o no

estar ocupados por eacutestos Presentan la idea de orbital estanteriacutea que pueden ser ocupados por

electrones O bien considerar que los orbiacutetales son las envolventes de las posibles trayectorias

del electroacuten en el aacutetomo Muy pocos alumnos y alumnas piensan que los orbiacutetales estaacuten

asociados a propiedades de los electrones y no tienen existencia independiente de estos La

estructura electroacutenica es explicada a veces a partir de la ordenacioacuten de orbiacutetales de menor a

mayor energiacutea que despueacutes se ocupa fruto en parte de las analogiacuteas empleadas en la ensentildeanza

Despueacutes del proceso de ensentildeanza aunque se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose

en gran parte del alumnado las mismas ideas alternativas aunque se obtiene un mayor

porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (65 de aciertos) frente al grupo

de control (52 de aciertos)

La palabra ldquoocuparrdquo ldquollenarrdquo ldquocolocarrdquo no se deben tomar literalmente Los orbiacutetales no son

un juego de cajas colocadas riacutegidamente en una escala de energiacutea Ni tienen existencia

independiente del electroacuten Cuando decimos que el electroacuten estaacute en un orbital o estado estamos

diciendo que el electroacuten se esta comportando de una determinada forma que se encuentra en un

estado energeacutetico determinado

A6 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d 13 (433 ) 12 (400 ) 4 (133) 1 (33 )

7 iquestCoacutemo explicar que elementos como fluacuteor y sodio cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas

proacuteximas tengan propiedades muy diferentes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 69 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en distinto grupo

del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a propiedades

perioacutedicas como las diferencia de electronegatividad Con el proceso de ensentildeanza mejora el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas maacutes

correctas en el grupo experimental (75 de aciertos) que en el grupo de control (55 de

aciertos)

8 iquestA queacute es debido que elementos cuyos aacutetomos tienen masas atoacutemicas muy diferentes

(coacutemo ocurre en cada columna del sistema perioacutedico sodio y cesio por ejemplo) tengan

propiedades muy semejantes

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que por estar en el mismo

grupo o familia del sistema perioacutedico pero no hacen mencioacuten a los electrones de valencia o a

propiedades perioacutedicas como la similitud de los valores de la electronegatividad o el potencial

de ionizacioacuten Con el proceso de ensentildeanza mejora el porcentaje de respuestas correctas

obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en el grupo experimental (80 de

aciertos) que en el grupo de control (60 de aciertos)

9 Explica iquestQueacute ocurre con un aacutetomo metaacutelico cuando reacciona para formar un compuesto ioacutenico

a) Gana electrones b) Pierde electrones c) Comparte electrones

d) Pierde protones e) Pierde neutrones

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 60 antes del proceso de ensentildeanza

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

555

pero sin una explicacioacuten adecuada La idea alternativa maacutes extendida es pensar que se

comparten electrones sin pensar que en las sustancias ioacutenicas hay una transferencia de

electrones del metal al no metal Con el proceso de ensentildeanza mejora sin mucha dificultad el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en

el grupo experimental (90 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que

forman el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

alumnado el 53 elige un electroacuten como formacioacuten del enlace en un enlace covalente simple

Despueacutes del proceso de ensentildeanza se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose en una

parte del alumnado los mismos errores aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas

positivas en el grupo experimental (85 de aciertos) frente al grupo de control (66 de

aciertos)

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula

de ese compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de

magnesio (MgF2)

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que presentan enlace covalente

y ioacutenico respectivamente pero sin ninguna explicacioacuten o sin una justificacioacuten adecuada No

hacen mencioacuten a los electrones compartidos o transferidos con la formacioacuten de iones debido a

las diferentas de electronegatividad de los aacutetomos Despueacutes del proceso de ensentildeanza mejora

el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas

en el grupo experimental (80 de aciertos) con respecto al grupo de control (60 de

aciertos) y mayoritariamente son justificadas con correccioacuten

A9 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 2 (67 ) 18 (600 ) 8 (267) 1 (33 ) 0 (0)

A10 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 0 (00 ) 16 (530 ) 12 (400) 1 (33 ) 1 (33 )

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

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COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

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AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

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Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

555

pero sin una explicacioacuten adecuada La idea alternativa maacutes extendida es pensar que se

comparten electrones sin pensar que en las sustancias ioacutenicas hay una transferencia de

electrones del metal al no metal Con el proceso de ensentildeanza mejora sin mucha dificultad el

porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas en

el grupo experimental (90 de aciertos) que en el grupo de control (70 de aciertos)

10 En un enlace covalente simple el nuacutemero de electrones que comparten los aacutetomos que

forman el enlace es

a) 0 b)1 c) 2 d) 4 e) 8

Comentario Esta pregunta solo es contestada correctamente antes del proceso de ensentildeanza

por el 40 del alumnado tanto de los grupos experimental como de control La mayoriacutea del

alumnado el 53 elige un electroacuten como formacioacuten del enlace en un enlace covalente simple

Despueacutes del proceso de ensentildeanza se obtienen mejores resultados siguen presentaacutendose en una

parte del alumnado los mismos errores aunque se obtiene un mayor porcentaje de respuestas

positivas en el grupo experimental (85 de aciertos) frente al grupo de control (66 de

aciertos)

11 Justifica a) iquestQueacute tipo de enlace es el que une dos aacutetomos de fluacuteor para formar una moleacutecula

de ese compuesto (F2)

b) iquestY el que une un aacutetomo de fluacuteor con uno de magnesio (Mg) para formar fluoruro de

magnesio (MgF2)

Comentario La mayoriacutea del alumnado de 1ordm de bachillerato tanto de los grupos experimental

como de control contesta correctamente alrededor de un 64 antes del proceso de ensentildeanza

pero sin una explicacioacuten adecuada Contestan mayoritariamente que presentan enlace covalente

y ioacutenico respectivamente pero sin ninguna explicacioacuten o sin una justificacioacuten adecuada No

hacen mencioacuten a los electrones compartidos o transferidos con la formacioacuten de iones debido a

las diferentas de electronegatividad de los aacutetomos Despueacutes del proceso de ensentildeanza mejora

el porcentaje de respuestas correctas obtenieacutendose un mayor porcentaje de respuestas positivas

en el grupo experimental (80 de aciertos) con respecto al grupo de control (60 de

aciertos) y mayoritariamente son justificadas con correccioacuten

A9 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 2 (67 ) 18 (600 ) 8 (267) 1 (33 ) 0 (0)

A10 (N=30) [1ordm Bachillerato]

a b c d e 0 (00 ) 16 (530 ) 12 (400) 1 (33 ) 1 (33 )

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

556

III12 Modelos y simulaciones con ordenador de estructura atoacutemica Se encuentran en el CD -ROM que hemos elaborado diferentes simulaciones animaciones y

aplicaciones interactivas con sus programas de actividades Se utilizan como actividades de

refuerzo o ampliacioacuten o como actividades complementarias Las simulaciones recogidas

applets animaciones en Flash o videos son los siguientes

Animaciones y simulaciones estructura atoacutemica Laboratorio virtual de fiacutesica y quiacutemica

SIMULACIONES APPLETS Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Experiencia de Rutherford 1 Propiedades perioacutedicas Enlace ioacutenico Madelung

Experiencia de Rutherford 2 Sistema perioacutedico mudo Enlace Covalente OM

Aacutetomo de Boumlhr Alotropiacuteas del carbono

Aacutetomo de Boumlhr 2 Tipos de soacutelidos

Nuacutemeros cuaacutenticos y orbitales Fuerza intermoleculares

Efecto fotoeleacutectrico

ANIMACIONES FLASH

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Espectro absorcioacuten Sistema perioacutedico 3D Formacioacuten moleacutecula H2

absorcioacuten de luz Familias SP Disolucioacuten de NaBr en agua

emisioacuten de luz Tetris Disolucioacuten de Br2 en agua

orbita y orbital Electronegatividad Sustancias moleculares

Radio atoacutemico Na Ca S8 P4

VIacuteDEOS

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Isoacutetopos del H Postulados de Boumlhr Estructura del Na Cl

Modelo de Boumlhr-Li Tabla perioacutedica Disolucioacuten del Na Cl

ACTIVIDADES

Estructura Atoacutemica Sistema Perioacutedico Enlace Quiacutemico

Pizarra configuracioacuten

electroacutenica Pizarra Prop Perioacutedicas Formulas y tipo de enlace

Emparejamiento cartas Lewis y polaridad

Emparejamiento elementos

MOLEacuteCULAS ACTIVAS EN 3D

Soacutelidos ioacutenicos Soacutelidos moleculares Soacutelidos covalentes Soacutelidos metaacutelicos

Na Cl CH4 Carbono (diamante) Na

CsCl Be Cl2 BF3 Grafito Au

CaF2 SO2 PCl5 Silicio Cuarzo Ca

ZnS H2O NH3 C60 Zn

S8 H2SO4 Rutilo Cd

ADN 1-

butanol Nitruro de boro Hg

Ir al Inicio Resumen

tema Unidad Mapa conceptual Presentacion Sistema P Web Quest

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

557

III13 DOCUMENTOS DE APOYO PARA LA ESTRUCTURA ATOacuteMICA

Estos documentos se utilizan como material de apoyo y complementario de la Unidad didaacutectica

Incluyen comentario de textos con sus guiacuteas de lectura y diversos documentos de apoyo de

refuerzo o ampliacioacuten Muchos de estos documentos ponen de manifiesto las relaciones entre la

ciencia la tecnologiacutea la sociedad y el ambiente

Lecciones interactivas de quiacutemica Simulaciones de estructura atoacutemica

El experimento de dispersioacuten de las partiacuteculas alfa

Correspondencia Rutherford ndash Bohr

Documento biograacutefico Evolucioacuten histoacuterica de los modelos atoacutemicos

Documento biograacutefico Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Texto Mendeleiev y la clasificacioacuten de los elementos Mendeleiev y el sistema perioacutedico de los elementos

El sistema perioacutedico actual

Elementos quiacutemicos descubiertos por espantildeoles

Comentarios de textos originales de Blas Cabrera Los aacutetomos y aacutetomos y moleacuteculas

Pauling cientiacutefico y pacifista

El enlace quiacutemico

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Trabajos praacutecticos

iquestCuaacutel es la estructura de las sustancias

Mapa conceptual Estructura atoacutemica Sistema perioacutedico y enlace quiacutemico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

558

LECCIONES INTERACTIVAS DE QUIacuteMICA SIMULACIONES DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA EL MODELO ATOacuteMICO DE BOHR ESPECTROS DE ABSORCIOacuteN Y EMISIOacuteN

Introduccioacuten

El modelo atoacutemico de Rutherford (1911) que es correcto en cuanto a la estructura nuclear no explica

entre otras cosas la estabilidad del aacutetomo y los espectros atoacutemicos En el antildeo 1913 el fiacutesico daneacutes Niels

Bohr disciacutepulo de Rutherford propone un modelo para el aacutetomo de hidroacutegeno basado en tres postulados

que combina aspectos de la fiacutesica claacutesica y de la fiacutesica moderna (aspectos cuaacutenticos) Posteriormente

Sommerfeld indica que las orbitas del electroacuten alrededor del nuacutecleo tambieacuten podiacutean ser eliacutepticas

apareciendo el modelo conocido como de Bohr-Sommerfeld que requeriraacute posteriormente del uso de tres

nuacutemeros cuaacutenticos para definir la energiacutea del electroacuten en la oacuterbita la forma del oacuterbital y la orientacioacuten (n

l ml) A estos nuacutemeros se les conoce actualmente como nuacutemero cuaacutentico principal secundario y

magneacutetico

En el antildeo 1924 el priacutencipe y fiacutesico franceacutes De Broglie afirma el comportamiento ondulatorio del electroacuten

del aacutetomo de hidroacutegeno Schroumldinger fiacutesico austriaco en el antildeo 1926 da un tratamiento cuaacutentico al

electroacuten definiendo una funcioacuten de onda cuya solucioacuten viene dada por los tres nuacutemeros cuaacutenticos

anteriores que describen un orbital atoacutemico (nube de carga)

El cuadrado de la funcioacuten de onda de Schroumldinger 2 representa la probabilidad de encontrar al electroacuten en

una regioacuten cercana al nuacutecleo pudiendo dar de esta manera una forma a los orbitales atoacutemicos

El principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) es una consecuencia inevitable de la mecaacutenica

cuaacutentica y contradice totalmente la idea de orbita circular definida por Bohr

Leccioacuten 1 Leccioacuten interactiva del aacutetomo de hidroacutegeno Entra en la siguiente direccioacuten

httpwwwwalter-fendtdeph11sbohrh_shtm

para ello pica en la direccioacuten o en el graacutefico adjunto pulsando la

tecla control

Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza

las siguientes actividades

ACTIVIDADES

A1 Completa la siguiente tabla con los valores del applet y contesta a las preguntas

que se te plantean

ni r E

1

2

3

4

5

6

1 Analiza los valores de los radios para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten que

existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Busca en el libro de texto la ecuacioacuten

que define el radio de las oacuterbitas r en funcioacuten de n Analiza lo observado iquestsigue la proporcioacuten de

radios 4 9 16 25 36 49 con respecto al radio de la 1ordf oacuterbita iquestpor queacute

2 Analiza los valores de la energiacutea para las siete primeras oacuterbitas de Bohr y busca la relacioacuten

que existe entre cada una de ellas con la de la 1ordf oacuterbita de Bohr Fiacutejate que todas las energiacuteas de las oacuterbitas de Bohr son negativas iquestPor queacute A medida que ldquonrdquo aumenta tambieacuten lo

hace la energiacutea del electroacuten iquestPor queacute Si n tiende a infinito (electroacuten infinitamente separado del

protoacuten del nuacutecleo a que valor tiende la energiacutea (Por esto el aacutetomo es maacutes estable que sus

componentes aislados Expliacutecalo) 3 Usando el applet observa y analiza la energiacutea de la oacuterbita 1 y luego la energiacutea de la oacuterbita 3 Fiacutejate y

responde iquestcoacutemo se mueve el electroacuten iquestSe mueve con igual velocidad lineal el electroacuten en la oacuterbita 3 que

en la 1 iquestdoacutende es mayor Busca en el libro de texto la ecuacioacuten que define la velocidad del electroacuten v en

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

559

funcioacuten de n a partir del 2ordm postulado de Bohr Analiza el significado fiacutesico de la ecuacioacuten que nos da la

velocidad del electron y de queacute magnitudes depende y relacioacutenalo con lo observado en el applet

A2 Boumlhr basaacutendose en la interaccioacuten electrostaacutetica y en las leyes del movimiento de Newton demostroacute que

la energiacutea que tiene el electroacuten en el aacutetomo de hidroacutegeno viene dado por

2

1middot

nRE Hn

Donde RH la constante de Rydberg tiene un valor de RH = 218middot 10

-18 J

La variacioacuten de energiacutea de una transicioacuten vendraacute dada seguacuten la ecuacioacuten de Planck por

22

11middotmiddotmiddot

fi

Hifnn

Rc

hhEEE

donde h es la constante de Planck h=663middot10-34 Jmiddots y c es la velocidad de luz (c=3middot108 mmiddots-1) 1 Determina mediante el applet la energiacutea de la radiacioacuten emitida en el salto del electroacuten del nivel n=3 a

n=1 por una simple resta (nivel tres menos nivel uno) El resultado debe dar un valor positivo iquestQueacute

significa Haciendo uso de la ecuacioacuten de Planck E = hmiddot determina despejando la frecuencia de esa

liacutenea espectral

2 Ahora de forma analiacutetica mediante la ecuacioacuten de Rydberg 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) doacutende ni=1 y nj=3

determina la longitud de onda de esa radiacioacuten y posteriormente la frecuencia ( = c) Por la ecuacioacuten de

Planck calcula la energiacutea de esa transicioacuten

3 Compara los valores iquestse obtiene la misma energiacutea por ambos caminos

4 iquestCuaacutel es la longitud de onda en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten desde el estado n i

igual a 5 al estado nf igual a 2 en el aacutetomo de hidroacutegeno iquestEs un proceso de absorcioacuten o de emisioacuten de

energiacutea iquestA queacute tipo de liacutenea espectral da lugar la anterior transicioacuten electroacutenica

A3 El proceso de emisioacuten de energiacutea seguacuten la teoriacutea atoacutemica de Boumlhr ocurre en un aacutetomo de

hidroacutegeno excitado donde un electroacuten que inicialmente esta en y una oacuterbita de mayor energiacutea

regresa a su orbita estacionaria de menor energiacutea y en este proceso libera un fotoacuten cuya diferencia

de energiacutea viene dada por la ecuacioacuten de Planck

1 iquestCuaacutel es la longitud de onda correspondiente en nanoacutemetros de un fotoacuten emitido durante la transicioacuten

del ni = 6 al nf = 4 en el aacutetomo de hidroacutegeno

2 iquesty si ahora salta al nivel 3

3 iquesty si por uacuteltimo salta al nivel 1 (estado fundamental) 4 Indica a queacute tipo de liacutenea espectral (regioacuten del espectro) da lugar cada una de las anteriores saltos

electroacutenicos

5 Indica consultando la tabla siguiente las regiones del espectro y las series espectrales

de emisioacuten del aacutetomo de hidroacutegeno a que corresponderiacutean las transiciones de las

actividades A2 y A3 Serie nf ni Regioacuten del espectro

Lyman 1 234 Ultravioleta

Balmer 2 345 Visible y UV

Paschen 3 456 Infrarrojo

Brackett 4 567 Infrarrojo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

560

Leccioacuten 2 ldquoLeccioacuten interactiva espectros del aacutetomo de

hidroacutegeno Modelo de Boumlhrrdquo

Entra en la siguiente direccioacuten pulsando con control en el

graacutefico

httpwwweducarednetaprendeanavegar3premiadosganadores

d456

A continuacioacuten del menuacute que aparece a la izquierda

haz clic en Bohr

Haz clic en el menuacute superior en Fundamentos

Busca la EXPERIENCIA y pincha en ella con el ratoacuten

Ya estaacutes en disposicioacuten de empezar a trabajar de forma interactiva

1 Juega con el applet cambiando la oacuterbita actual inicial (nj) y la orbita de destino final (ni)

Fiacutejate en el espectro de emisioacuten (salto de una oacuterbita exterior a otra interior) Tambieacuten puedes

cambiar el radio de las cuatro primeras oacuterbitas Analiza lo que observas

2 Usando el applet (con los radios de oacuterbita iniciales) anota la longitud de onda de la radiacioacuten

emitida para el salto del nivel 3 al nivel 1 iquestEn queacute regioacuten del espectro electromagneacutetico se

encuentra esa radiacioacuten iquestA queacute serie del aacutetomo de hidroacutegeno pertenece dicha liacutenea espectral

3 Utilizando la ecuacioacuten de Rydberg determina la del salto anterior

Ayuda 1 = RH (1ni2 ndash 1nj

2) constante de Rydberg = 1097middot10

7 m

-1

4 Compara el valor obtenido de la longitud de onda del apartado 3 (forma analiacutetica) con el del

apartado 2 (por el applet)

Ayuda 1nm=10-9

m

5 iquestDe queacute color es la liacutenea que responde al salto del nivel n=3 al n=2 iquestPor queacute estaacute en la regioacuten

del visible iquestA queacute serie pertenece iquestCuaacutel es la energiacutea y la frecuencia de la radiacioacuten emitida

Ayuda = c E = hmiddot (Ec Planck) c=3middot108 mmiddots

-1 h=663middot10

-34 Jmiddots

6

7 6 Para el salto del nivel n=1 al n=4 (espectro de absorcioacuten) iquesten queacute zona del espectro

electromagneacutetico estaacute definida la raya oscura iquesty para la transicioacuten n=2 a n=3 iquestCuaacuteles son las

longitudes de onda de las radiaciones absorbidas

8

9

10 7 Si variamos el radio de la orbita 3 y ponemos un valor de 496 con respecto a la primera oacuterbita

determina la longitud de onda del salto del nivel n=4 a n=3 iquestEn queacute zona del espectro estariacutea esta

transicioacuten

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

561

Otras direcciones para el bloque I Estructura atoacutemica

Una direccioacuten muy interesante de estructura atoacutemica con numerosas animaciones interactivas en flash

Leccioacuten 3 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedicordquo

httpeoscnicemecdesmem2002quimicaindexhtml Aquiacute puedes ver lo siguiente

Evolucioacuten histoacuterica de la tabla perioacutedica

Orbitales atoacutemicos y estructura electroacutenica

Todos los espectros atoacutemicos de los elementos quiacutemicos (hasta Z=98)

Caracteriacutesticas de los elementos quiacutemicos

Historia de la Ciencia

Tabla perioacutedica actual Caracteriacutesticas

Propiedades perioacutedicas

Juegos

Etc

No olvides trabajar en esta direccioacuten Te ayudaraacute a comprender el bloque de estructura atoacutemica de

quiacutemica Sobre todo analiza los apartados subrayados

Leccioacuten 4 ldquoLeccioacuten interactiva sobre el Sistema Perioacutedico y propiedades perioacutedicasrdquo

Teclea la direccioacuten o pulsa con control sobre el graacutefico

httpeoscnicemecdesmem2000tablapindexhtm

Aquiacute encontraraacutes

Concepto del aacutetomo a lo largo de la historia

Propiedades perioacutedicas

Tabla perioacutedica

Actividades tipo test y actividades a desarrollar Actividades

Usando el programa determinar y describir razonadamente el elemento de mayor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de menor energiacutea de ionizacioacuten

el elemento de mayor radio atoacutemico

el grupo al que pertenecen los elementos que presentan mayor potencial de ionizacioacuten en

cada periacuteodo

una regla general que indique la variacioacuten del radio atoacutemico dentro de un mismo grupo y

dentro de un mismo periodo

una regla general que indique la variacioacuten del potencial de ionizacioacuten en el sistema

perioacutedico

coacutemo variacutea de forma general el radio atoacutemico en los grupos

cuaacuteles son los elementos de mayor y menor valor de electronegatividad

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los periacuteodos del

sistema perioacutedico

una regla general que indique la variacioacuten de la electronegatividad en los diferentes grupos

del sistema perioacutedico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

562

Otra direccioacuten maacutes

Leccioacuten 5 ldquoLeccioacuten interactiva sobre los nuacutemeros

cuaacutenticos y los orbiacutetales atoacutemicosrdquo Entra en la siguiente

direccioacuten

httpwebphysicsdavidsoneduAppletsHydrogenicdefault

html

(Haz clic sobre el grafico pulsando control)

En esta direccioacuten podraacutes dibujar todos los orbitales

atoacutemicos (s p d y f) y veraacutes como medida que ldquonrdquo

aumenta tambieacuten lo hace el orbital asiacute 1s lt 2s lt3s

2plt3plt4p etc Se puede ver a los orbitales de tres formas

distintas radial angular y mapa de densidad

electroacutenica (nube de carga)

Desde un punto de vista mecano-cuaacutentico los nuacutemeros cuaacutenticos son soluciones de la ecuacioacuten

de Schroumlndinger

nordmcuaacutentico posibles valores

n principal 123 l secundario 0(n-1)

m magneacutetico -l 0+l

Modifica los tres nuacutemeros cuaacutenticos y observa su representacioacuten

En la columna o tabla puedes modificar los valores de los nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) del aacutetomo

de Hidroacutegeno Al hacer clic sobre Dibuja o ldquoPlotrdquo se representaraacuten Despueacutes de familiarizarte con el funcionamiento del applet realiza las siguientes actividades

ACTIVIDADES

1 Indica cuaacutentos orbitales pueden existir a) en el primer nivel de energiacutea b) en el segundo nivel

de energiacutea Escribe coacutemo se denominan dibujalos e indica los tres nuacutemeros cuaacutenticos que

caracterizan a cada uno de ellos Comprueba tus respuestas por medio del applet y realiza un

informe con los resultados obtenidos

2 Describe la forma geomeacutetrica y el nuacutemero de orbitales s p y d que hay en el tercer nivel de

energiacutea Describe los tres nuacutemeros cuaacutenticos que caracterizan a cada uno de ellos Comprueacutebalo

mediante el applet

3 Indica razonadamente si las siguientes ternas de nuacutemeros cuaacutenticos (nlm) pueden representar

a un orbital Indica en cada caso a cuaacutel y comprueacutebalo mediante el applet

a) (100) b) (000) c) (111) d) (200) e) (201) f)(210) g) (211)h) (21-1) i)

(220) j)(31-1) k) (321) l) (123) Comprueba tus respuestas mediante el applet y

justifica los resultados obtenidos

Volver a la paacutegina proncipal

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

563

EL EXPERIMENTO DE DISPERSIOacuteN DE LAS PARTIacuteCULAS ALFA

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937)

ldquohellip Habiacutea observado la dispersioacuten de partiacuteculas y el doctor Geiger en mi laboratorio lo habiacutea

examinado con detalle Encontroacute que en laminas de metales pesados que

la dispersioacuten era normalmente pequentildea del orden de un grado Un diacutea

Geiger vino y me dijo iquestNo piensa que el joven Marsden a quien estoy

formando en meacutetodos radiactivos debe empezar una pequentildea

investigacioacuten Por entonces yo habiacutea pensado tambieacuten en eso y dije iquestPor

queacute no lo dejamos ver si una partiacutecula puede escapar formando un

aacutengulo grande Puedo decirle en confianza que no creiacute que esto tuviera

lugar pues sabiacuteamos que las partiacuteculas eran partiacuteculas muy raacutepidas con

gran masa y una gran cantidad de energiacutea cineacutetica y puede demostrarse que si la dispersioacuten se debe

al efecto de acumulacioacuten de pequentildeas dispersiones la probabilidad de dispersioacuten de una partiacutecula

hacia atraacutes era muy pequentildea

Despueacutes recuerdo que dos o tres diacuteas maacutes tarde Geiger vino hacia miacute con gran excitacioacuten

diciendo Hemos podido obtener algunas partiacuteculas yendo hacia atraacutes retrocediendo hacia

nosotros

Este era sin duda el hecho maacutes increiacuteble que habiacutea sucedido en mi vida Era casi tan

increiacuteble coacutemo si lanzases una concha de 15 pulgadas a un trozo de papel de seda y volviera hacia

ti y te golpease En consideracioacuten al hecho comprobeacute que esta dispersioacuten hacia atraacutes debe ser el

resultado de una colisioacuten simple y cuando hice los caacutelculos comprobeacute que era imposible obtener

nada de este orden de magnitud a menos que se coja un sistema en el cual la gran parte de la masa

del aacutetomo se concentreacute en un nuacutecleo diminuto Fue entonces cuando tuve la idea de un aacutetomo con

un centro de masa diminuto provisto de una cargardquo

Ernest Rutherford ( 1911)

Adaptado de DICKERSON R GRAY H y HAIGHT G (1980) Principios de Quiacutemica Reverteacute

Barcelona

ACTIVIDADES PARA COMENTAR EL TEXTO DEL EXPERIMENTO DE

RUTHERFORD

1 Lee el texto anterior iquestCuaacutel fue el origen del experimento

2 Completa la ficha de vocabulario con los teacuterminos cientiacuteficos que desconozcas

3 Haz un breve resumen utilizando tus propias palabras de las ideas maacutes importantes del texto

Pon un tiacutetulo adecuado al texto

4 A que se refiere el investigador cuando habla de los meacutetodos radiactivos Busca informacioacuten

sobre ello y descriacutebelo

5 Explica iquestqueacute son las partiacuteculas alfa iquestCoacutemo se obtienen iquestPara queacute las utilizo Rutherford

6 Sentildeala aplicaciones que conozcas de las reacciones nucleares

7 Localiza y sentildeala en el texto distintos aspectos de la metodologiacutea cientiacutefica que veas

reflejados en su lectura

8 Di el nombre y expoacuten la teoriacutea atoacutemica del cientiacutefico que en el siglo XIX pensaba que los

aacutetomos eran partiacuteculas indivisibles

9 Explica brevemente como se descubrieron las partiacuteculas fundamentales del aacutetomo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

564

En el dibujo siguiente se muestra una representacioacuten esquemaacutetica del montaje experimental utilizado

por Rutherford para estudiar la ldquodispersioacuten de partiacuteculas

Comenta y describe la funcioacuten de cada uno de los elementos utilizados en el montaje experimental

Diferencia entre materiales y aparatos y completa un cuadro como el siguiente

ELEMENTOS DEL MONTAJE

EXPERIMENTAL

FUNCIOacuteN QUE DESEMPENtildeAN

MATERIALES

APARATOS

ACTIVIDAD Los resultados previsibles para este experimento deberaacuten ser interpretados en

funcioacuten de una teoriacutea la misma que guioacute el disentildeo experimental y las observaciones a realizar

1 ) iquestDe queacute teoriacutea se trata iquestQueacute investigador la elaboroacute Describe sus aspectos fundamentales

2) iquestQueacute modelos teoacutericos se utilizan en dicha teoriacutea para explicar los hechos observados

3) De acuerdo al montaje experimental realizado (esquematizado en el dibujo) iquestQueacute observaciones se espera

encontrar Razona sobre ello y descriacutebelas

4) Representa mediante un dibujo los resultados maacutes probables iquestRealmente se encontraron eacutestos Antildeade en

el dibujo las discrepancias encontradas

5)Analiza si existe contradiccioacuten entre los hechos experimentales y la teoriacutea desde la cual se planteoacute y guioacute el

experimento iquestEn queacute consiste esta discrepancia

6)iquestQueacute hizo Rutherford para explicar estos hechos

7) Resultoacute modificada la teoriacutea anterior iquestEn que sentido iquestSe han utilizado nuevos modelos teoacutericos

8)Explica el modelo atoacutemico de Rutherford iquestQueacute hechos consiguioacute explicar iquestCuaacuteles fueron sus

limitaciones iquestQueacute hechos no pudo explicar iquestPor queacute otro modelo atoacutemico fue sustituido

9) Sentildeala aspectos biograacuteficos de Rutherford Sentildealando cronoloacutegicamente hechos cientiacuteficos paralelamente

con los sociales resaltando las caracteriacutesticas de la sociedad de su eacutepoca y las relaciones ciencia tecnologiacutea y

Sociedad (CTS)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

565

COMENTARIO DE TEXTO UN EXPERIMENTO HISTOacuteRICO CRUCIAL LA EXPERIENCIA DE RUTHERFORD El fiacutesico britaacutenico Ernest Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden en 1911 bombardearon con partiacuteculas alfa (con carga positiva) una laacutemina muy fina de oro y observaron que aunque la mayor parte de las partiacuteculas la atravesaban sin desviarse unas pocas sufriacutean una desviacioacuten bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la laacutemina Para explicar estos resultados Rutherford propuso el modelo nuclear del aacutetomo seguacuten el cual la carga positiva de un aacutetomo y la mayoriacutea de su masa estaacuten concentradas en una pequentildea regioacuten central llamada nuacutecleo En este modelo los electrones con carga negativa giraban en oacuterbitas alrededor del nuacutecleo

Actividades

1 iquestQueacute resultados de la dispersioacuten de partiacuteculas alfa cabiacutea esperar seguacuten el modelo atoacutemico de Thomson (los aacutetomos son una esfera de masa y carga uniformes)

2 iquestQueacute resultados experimentales se obtuvieron 3 iquestCoacutemo interpreto Ruthehrford de los resultados inesperados 4 iquestQueacute conclusiones sobre la estructura del aacutetomo enuncio Rutherford 5 iquestQueacute limitaciones o fallos teniacutea el modelo de Rutherford

Las grandes desviaciones de algunas partiacuteculas alfa solo se podiacutean explicar por choque con una partiacutecula de gran masa y elevada carga positiva Eso hizo desechar a Rutherford el Modelo atoacutemico de Thomson el aacutetomo no puede ser una esfera de masa y carga uniformes (Lo que cabiacutea esperar seguacuten el modelo e Thomson que todo el haz de partiacuteculas alfa atravesase la lamina abrieacutendose algo maacutes dispersioacuten y al chocar con la pantalla se originase una mancha fluorescente en liacutenea con el haz) El mismo Rutherford describioacute su asombro ante el resultado con estas palabras ldquohellip Esto es lo maacutes increiacuteble que me ha ocurrido en mi vida Tan increiacuteble como si un proyectil de 15 pulgadas disparado contra una lamina de papel de seda saliese rebotado se volviera y lo golpease a uno helliprdquo De la interpretacioacuten del experimento crucial (1911) Rutherford concluyo que

Toda su carga positiva del aacutetomo estaba concentrada en un pequentildeo granulo central donde reside ademaacutes toda sus masa (el nuacutecleo)

Los electrones giran alrededor del nuacutecleo para no caer sobre eacutel por atraccioacuten electrostaacutetica

El aacutetomo estaba praacutecticamente hueco El anaacutelisis de los datos experimentales indicaba que el radio del nuacutecleo era maacutes de diez mil veces menor que el del aacutetomo

El nuacutemero de cargas positivas elementales en el nuacutecleo (nuacutemero de protones) coincide con el nuacutemero de orden del elemento en la tabla perioacutedica

Coacutemo la masa atoacutemica de los elementos tiene un valor mucho mayor que el calculado a base de los protones del nuacutecleo predice la existencia de otra partiacutecula nuclear sin carga que llamo neutrones (descubierto por Chadwick en 1932 al bombardear berilio con partiacuteculas alfa)

Modelo Nuclear del aacutetomo Fallos del modelo nuclear En contradiccioacuten con las leyes electromagneacuteticas claacutesicas (el electroacuten al girar emite

energiacutea radiante y acabariacutea cayendo sobre el nuacutecleo)

No explicaba los espectros de rayas discontinuos de los aacutetomos de unas frecuencias caracteriacutesticas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

566

ACTIVIDAD Realiza un breve comentario de la siguiente carta de Niels Bohr a Rutherford

CORRESPONDENCIA RUTHERFORD - BOHR

hellip ldquoDentro le mando el primer capitulo de mi artiacuteculo sobre la constitucioacuten del aacutetomo Espero que

los proacuteximos le seguiraacuten en unos pocos diacuteas Uacuteltimamente he hecho grandes progresos en el trabajo y

espero tener eacutexito en extender las consideraciones empleadas a un nuacutemero de diferentes fenoacutemenos

tales como la emisioacuten de las liacuteneas espectrales magnetismo hellip y posiblemente una indicacioacuten de una

teoriacutea de la constitucioacuten de las estructuras cristalinas hellip Como podraacute observar el primer capiacutetulo trata

principalmente del problema de la emisioacuten de las liacuteneas del espectro considerado desde el punto de

vista esbozado en mi carta anterior Trato de demostrar que desde tal punto de vista parece posible

dar una interpretacioacuten simple a la ley del espectro de hidroacutegeno y que el caacutelculo parece estar

cuantitativamente de acuerdo con los experimentos hellip Espero se daraacute cuenta que he considerado

cuidadosamente el uso simultaacuteneo de la mecaacutenica claacutesica y de la nueva visioacuten sobre la teoriacutea de la

radiacioacuten introducida por Planck Estoy deseando saber que le parece todo estordquo

(Carta de Niels Bohr a Rutherford 6 de Marzo 1913)

Adaptado de Marco B (1992)

ACTIVIDAD Resume las ideas fundamentales que se recogen en los siguientes textos

originales de Rutherford

ldquohellipLa idea de la constitucioacuten del nuacutecleo de los aacutetomos surgioacute inicialmente del intento de contar la

dispersioacuten de partiacuteculas que formaban grandes aacutengulos en su paso a traveacutes de finas laacuteminas de

materia Cayendo en la cuenta de la gran masa y velocidad de las partiacuteculas esas desviaciones tan

grandes eran muy considerables e indicaban que un fuerte campo eleacutectrico o magneacutetico existiacutea en el

aacutetomo Teniendo en cuenta estos resultados parecioacute necesario asumir que e l aacutetomo consta de un

nuacutecleo con masa y carga de muy pequentildeas dimensiones comparado con la magnitud normalmente

aceptada del diaacutemetro del aacutetomo Este nuacutecleo cargado positivamente contiene la mayor parte de la masa

del aacutetomo y estaacute rodeado a una cierta distancia de un conjunto de electrones igual en nuacutemero a la

carga positiva del nuacutecleo En estas condiciones un intenso campo eleacutectrico existe cerca del nuacutecleo y

la gran desviacioacuten de las partiacuteculas en un choque con un aacutetomo simple tiene lugar cuando la

partiacutecula pasa cerca del nuacutecleo (Rutherford 1920)

Cuando un chorro de partiacuteculas incide sobre una laacutemina fina de oro u otro metal una

pequentildea cantidad de las partiacuteculas se dispersan hacia el punto de partida y desaparecen formando un aacutengulo de

maacutes de 9 0ordm El nuacutemero de estas partiacuteculas es enormemente grande mucho maacutes de lo esperado si el aacutengulo

pequentildeo de dispersioacuten del rayo principal se suma al efecto resultante de multitud de desviaciones pequentildeas

Parece claro que pasando a traveacutes de la materia las partiacuteculas a encontraban a veces un campo tan intenso en

el aacutetomo que rebotaban en su camino como resultado de la colisioacuten

Cuando consideramos la masa y la energiacutea de una partiacutecula la observacioacuten es maacutes

sorprendente pues indica que el aacutetomo es el lugar de campos de rebote gigantes Suponiendo que las fuerzas

que median en tales colisiones son del tipo electrostaacutetico se puede deducir que para ocasionar tales rebotes

de las partiacuteculas en un choque atoacutemico el aacutetomo debe contener un centro con masa cargada de muy

pequentildeas dimensiones De esto surgioacute la idea del ahora conocido nuacutecleo del aacutetomo en la cual se considera el

aacutetomo compuesto de un nuacutecleo cargado positivamente que contiene la mayor parte de la masa del aacutetomo

rodeado a unas distancias relativamente grandes por una distribucioacuten de electrones iguales en nuacutemero a las

unidades de carga positiva concentrada en su nuacutecleo

(Discurso de Rutherford a la Sclence Masters Association Cambriacutegde 1923 doce antildeos

despueacutes de sus observaciones)

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

567

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO EVOLUCIOacuteN HISTOacuteRICA DE LOS

MODELOS ATOacuteMICOS (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

En 1839 con las investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a traveacutes de las disoluciones

se pensoacute que los aacutetomos no eran indivisibles tal y como pensaba Dalton Estas investigaciones y las

realizadas en tubos de descargas de gases pusieron de manifiesto la naturaleza eleacutectrica de la materia

Thomson en 1897 mediante sus investigaciones con rayos catoacutedicos identifico el electroacuten tratando de

esbozar una imagen del aacutetomo que tenia en cuenta los nuevos datos Surgen asiacute los modelos atoacutemicos

Niels Bohr (1885-1962) fiacutesico daneacutes propuso el primer modelo precuaacutentico del aacutetomo basado

en tres postulados Recibioacute el Premio-Nobel de fiacutesica en 1922 por su investigacioacuten relativa a la

estructura de los aacutetomos y la radiacioacuten que emana de ellos Trabajoacute

como disciacutepulo de Thomson y Rutherford y cuando visitoacute Estados

Unidos en 1939 llevoacute la noticia de que Hahn Lise Meitner y

Strassman habiacutean descubierto la fisioacuten del uranio Este fue el cimiento

de la bomba atoacutemica desarrollada en Estados Unidos durante la 2ordf

Guerra Mundial

Antes de salir de Dinamarca en l943 perseguido por los nazis

disolvioacute en aacutecido las medallas de oro del Premio Nobel que le habla

dado a guardar Von Laue y Franck La botella con la solucioacuten de oro

se quedoacute en eacutel Laboratorio de Bohr durante la guerra y cuando

regresoacute a Copenhague precipitoacute el oro y mandoacute refundir las medallas

Despueacutes de la Guerra se comprometioacute en actividades humanitarias y

pacifistas asiacute obtuvo el premio Aacutetomos por la Paz en 1957

John Dalton (1766-1844) nacioacute en

Inglaterra en el seno de una familia

humilde A los 19 antildeos ya era director

de escuela y formuloacute su teoriacutea atoacutemica

en 1803 Fue el primero en publicar una

tabla de masas atoacutemicas relativas y en

dar una base cuantitativa de la teoriacutea

atoacutemica

Propuso su teoriacutea atoacutemica en 1808 asiacute

como una tabla de siacutembolos de

elementos maacutes tarde sustituida En

1826 recibioacute la medalla de oro de la

Royal Societyy de Londres y de la

Academia Francesa de Ciencias

Sir Joseph J

Thomson (1856-

1940) onsiderado

el descubridor del

electroacuten abrioacute el

campo de la fiacutesica

de las partiacuteculas

subatoacutemicas con

su trabajo sobre la

desviacioacuten de los

rayos catoacutedicos

(electrones) en un

campo eleacutectrico

Recibioacute el Premio

Nobel en 1906

Ernest Rutherford (1871-1937)

Fundamentoacute el modelo actual del

aacutetomo formado por un nuacutecleo muy

pequentildeo en el que se concentra la

mayor parte de la masa rodeado por

electrones que ocupan un volumen

mucho mayor Esto lo determinoacute en el

antildeo 1910 mediante la dispersioacuten de

partiacuteculas alfa por laacuteminas de oro con

la colaboracioacuten de Geiger y Mardsen

Al recibir el Premio Nobel de quiacutemica

en 1908 dijo y yo que me creiacutea fiacutesico

Erwin

Schroacutedinger

(1887-1961) nacioacute

en Austria y

publicoacute en 1925 su

famosa ecuacioacuten

de ondas que jugoacute

un papel crucial en

el desarrollo de la

mecaacutenica cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

568

FICHA BIOGRAFIacuteAS DE CIENTIacuteFICOS

Nombre del alumnoa _____________________________ Grupo_____________________

ACTIVIDAD Despueacutes de leer la biografiacutea del cientiacutefico completa la siguiente ficha

Busca la informacioacuten necesaria y utiliza los documentos de apoyo entregados por el

profesorado

BIOGRAFIacuteA DEL CIENTIacuteFICO (___________ - __________)

1 PERFIL BIOGRAacuteFICO

(Cronologiacutea que recoja los principales aspectos de su vida y de su

obra Principales aportaciones realizadas Hechos maacutes destacados)

2 FORMACIOacuteN CIENTIacuteFICA

Principales influencias que recibioacute Ideas dominantes de la Ciencia en

la que se formo Cuaacuteles fueron sus maestros y marcos teoacutericos que

existiacutean en su eacutepoca y que influyeron en su formacioacuten Estado en que

se encontraban los problemas que maacutes tarde abordoacute

3 LA CIENCIA Y LA SOCIEDAD DE SU EacutePOCA

Contexto social y poliacutetico que se viviacutea Influencia de la sociedad de su

eacutepoca en los desarrollos cientiacuteficos Principales acontecimientos

ideas sociales y poliacuteticas de la sociedad de su eacutepoca

4 APORTACIONES A LA CIENCIA

Descubrimientos realizados y teoriacuteas elaboradas Principales obras

escritas por orden cronoloacutegico

5 RELACIONES CON SUS CONTEMPORANEOS

Otros cientiacuteficos o personas relevantes de la sociedad de su eacutepoca

6 APLICACIONES TECNOLOacuteGICAS E IMPLICACIONES SOCIALES DE

LOS DESCUBRIMIENTOS CIENTIacuteFICOS

Establecer un paralelismo cronoloacutegico que sentildeale las interrelaciones

entre la Ciencia la Tecnologiacutea y la Sociedad

7 BIBLIOGRAFIacuteA UTILIZADA

Libros o artiacuteculos de revistas utilizados materiales o documentos de

apoyo entregados por el profesorado y utilizados

Resentildear en la forma APELLIDO Nombre (antildeo) Titulo del libro o

artiacuteculo Ciudad Editorial o nombre nuacutemero y paacuteginas de la revista

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

569

DOCUMENTO BIOGRAacuteFICO SISTEMA PERIOacuteDICO Y ENLACE QUIacuteMICO (Adaptado del almanaque del 2002 de la Sociedad Canaria de profesores de fiacutesica y quiacutemica)

Dimitri Mendelegraveiev (1834-1907) nacioacute en Tobolsk (Siberia) y era el maacutes pequentildeo de trece

hermanos En 1856 terminoacute su carrera de quiacutemica y en 1867 fue

nombrado profesor de quiacutemica inorgaacutenica en la Universidad de

San Petersburgo En la formulacioacuten de su Ley Perioacutedica que

se recoge en el texto ldquoLos principios de la Quiacutemica consideroacute

que las propiedades de los aacutetomos se encontraban relacionadas

con sus masas atoacutemicas lo que constituyoacute una idea brillante por

aquella eacutepoca ya que no se conociacutea nada acerca de la estructura

atoacutemica Mendelegraveiev dejo huecos en su tabla y posteriormente

se comproboacute que tenla razoacuten con el descubrimiento de

elementos como el galio (1874) escandio (1879) y germanio

(1885) Hoy se sabe que la base fundamental de la periodicidad

es el nuacutemero atoacutemico y no la masa atoacutemica

En el antildeo 1890 renuncioacute a la Universidad por el trato opresivo

que el gobierno daba a los estudiantes algunos fueron exiliados

a Siberia por la falta de libertad acadeacutemica

Friedrich August Kekuleacute

(1829-1896) quiacutemico alemaacuten al

que se le reconoce el

establecimiento de las bases de

la moderna teoriacutea estructural de

la quiacutemica orgaacutenica En 1858

demostroacute que el carbono era

tetravalente y que sus aacutetomos

podiacutean unirse formando largas

cadenas lo que facilitoacute la

comprensioacuten de los compuestos

orgaacutenicos Descubrioacute la

estructura ciacuteclica de los

compuestos aromaacuteticos como el

benceno de gran importancia

para el desarrollo posterior de

los colorantes

Glibert Newton Lewis (1875-

1946) nacioacute en Massachusetts

En la universidad de Harvard

alcanzoacute el grado de doctor en

1899 y en 1912 fue nombrado

profesor en la Universidad de

Berkeley (California)

Contribuyoacute en diversas aacutereas de

la quiacutemica y fue el primero en

proponer que los aacutetomos

podriacutean mantenerse unidos por

medio de la comparacioacuten de

electrones De acuerdo con esta

idea introdujo el simbolismo de

las estructuras en las que los

electrones de valencia se

representan por puntos Linus Pauling nacioacute en Portland (USA)

en 1901 y se doctoroacute en quiacutemica en 1925

Ha realizado muchas contribuciones a la

comprensioacuten de la naturaleza del enlace

quiacutemico As introdujo conceptos como

electronegatividad y estructuras

resonantes En 1939 publicoacute sus ideas

sobre el enlace quiacutemico en un texto

titulado La Naturaleza del enlace

quiacutemico En 1954 recibioacute el premio

Nobel de quiacutemica por su trabajo de la

estructura molecular En 1962 recibioacute por

segunda vez el Premio Nobel ahora el de

la Paz

Wolfgang Pauil (1900-1958)

fiacutesico austriacuteaco que obtuvo el

Premio Nobel de fiacutesica en 1945

por el descubrimiento del

principio de exclusioacuten que lleva

su nombre Un artiacuteculo titulado

Los principios fundamentales de

la mecaacutenica cuaacutentica escrito en

1933 para el Handbuch der

Physik es reconocido como uno

de los mejores tratados de fiacutesica

cuaacutentica

GUIacuteA DE LECTURA 1 Lee el documento biograacutefico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del mismo

2 Despueacutes de leer el documento biograacutefico elige uno de los cientiacuteficos que aparecen en el mismo y busca la

informacioacuten necesaria y completa sus aspectos biograacuteficos utilizando la ficha y los documentos de apoyo

entregados por el profesorado sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia y a la Sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

570

TEXTO MENDELEIEV Y LA CLASIFICACIOacuteN DE LOS ELEMENTOS

laquoLa clasificacioacuten maacutes corriente de los elementos en metales y no metales esta basada en las

diferencias fiacutesicas entre ellos pero dicha divisioacuten no es tan niacutetida como pareciacutea Por ejemplo el

foacutesforo y otros elementos actuacutean como metales o como no metales seguacuten las ocasiones

Algunos grupos de elementos sin duda forman un todo y representan una serie natural de

manifestaciones semejantes de la materia (haloacutegenos grupo del nitroacutegeno alcalino-teacuterreos etc)

pero el descubrimiento de nuevos elementos tales como el rubidio el cesio y el talio para los

que no se habiacutea previsto sitio en las familias de elementos hasta entonces elaboradas indicaba

lo limitados que eran nuestros conocimientos Por otra parte las propiedades fiacutesicas de los

elementos tales como las oacutepticas eleacutectricas magneacuteticas etc no pueden servir como guiacutea para

una clasificacioacuten de los mismos pues aunque muchas de dichas propiedades se han determinado

con precisioacuten para algunos de ellos lo cierto a que un mismo elemento puede presentar

enormes diferencias en sus propiedades seguacuten el estado en que se encuentre Asiacute por ejemplo

podemos citar el caso del grafito y el diamante

Sin embargo a pesar de las diferencias entre las propiedades que un elemento puede presentar

seguacuten el estado en que se encuentre existe laquoalgoraquo que no cambia que nos permite afirmar que

se trata del mismo elemento En este sentido el uacutenico valor que no cambia que es el mismo

tanto en elemento libre (cualquiera que sea su estado) como cuando se ha combinado con otros

formando compuestos es la masa atoacutemica del elemento Por esta razoacuten me he ocupado de

buscar un sistema de clasificacioacuten de los elementos quiacutemicos basaacutendome en las masas

atoacutemicas El primer intento que hice en esa direccioacuten fue el siguiente Seleccioneacute los elementos

de masa atoacutemica maacutes pequentildea y los ordeneacute de manera creciente Con esto vi que apareciacutea una

periodicidad en sus propiedades raquo

Ensayos de ordenacioacuten de los elementos Dimitri Ivanovich Mendeleieff (1834 - 1907)

ACTIVIDADES

0 Analiza el texto de Mendeleiev y extrae las ideas maacutes importantes 1 iquestQueacute otros intentos conoces de clasificacioacuten de los

elementos Descriacutebelos 2 iquestEn que propiedad se basaba la clasificacioacuten perioacutedica de

los elementos de Mendeleiev 3 iquestEn la actualidad que propiedad se utiliza para la

clasificacioacuten perioacutedica de los elementos 4 Lee la siguiente biografiacutea de Mendeleiev y realiza un

resumen sentildealando los aspectos fundamentales de la misma

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

571

MENDELEacuteIEV DIMITRI IVAacuteNOVICH (1834-1907) Quiacutemico ruso conocido sobre todo por haber elaborado la tabla perioacutedica de los elementos quiacutemicos Esta

tabla expone una periodicidad (una cadencia regular) de las propiedades de los elementos cuando estaacuten

dispuestos seguacuten la masa atoacutemica

Mendeleacuteiev nacioacute en Tobolsk (Siberia) estudioacute quiacutemica en la Universidad de San Petersburgo y en 1859 fue

enviado a estudiar a la Universidad de Heidelberg Alliacute conocioacute al quiacutemico italiano Stanislao Cannizzaro

cuyos planteamientos sobre la masa atoacutemica determinaron su opinioacuten Participo con eacutel en eI I Congreso

Internacional de quiacutemica en Karlsruhe en 1860 Mendeleacuteiev regresoacute a San Petersburgo y fue profesor de

quiacutemica en el Instituto Teacutecnico en 1863 y profesor de quiacutemica general en la Universidad de San Petersburgo

en 1866 Escribioacute los dos voluacutemenes de Principios de quiacutemica (1868-1870) uno de los primeros libros de

texto sobre quiacutemica que se convirtioacute en un claacutesico traducido al ingleacutes en 1905 Durante la elaboracioacuten de este

libro Mendeleacuteiev intentoacute clasificar los elementos seguacuten sus propiedades quiacutemicas En 1869 publicoacute la

primera versioacuten de la tabla perioacutedica En 1871 publicoacute una versioacuten corregida en la que dejaba huecos

para elementos todaviacutea desconocidos Su tabla y sus teoriacuteas ganaron una mayor aceptacioacuten cuando

posteriormente se descubrieron tres de estos elementos el galio el germanio y el escandio Fue

galardonado con la medalla Davy por la Royal Society en 1882

Entre las investigaciones de Mendeleacuteiev tambieacuten hay que mencionar el estudio de la teoriacutea quiacutemica de la

disolucioacuten la expansioacuten teacutermica de los liacutequidos y la naturaleza del petroacuteleo de Bakuacute En 1887 emprendioacute un

viaje en globo en solitario para estudiar un eclipse solar

En 1890 abandonoacute la universidad como consecuencia de su postura poliacutetica partidaria de reformas sociales

En 1893 fue director del departamento de Pesas y Medidas de San Petersburgo cargo que desempentildeoacute hasta su

muerte

En su honor el elemento quiacutemico artificial de nuacutemero atoacutemico 101 obtenido en 1965 en el ciclotroacuten de

Berkeley por el equipo de Seaborg ha recibido el nombre de mendelevio

MENDELEIEV Y EL SISTEMA PERIOacuteDICO DE LOS ELEMENTOS

A mediados del siglo XIX se conociacutean ciertos elementos quiacutemicos como el hidroacutegeno el oxiacutegeno el

hierro el cloro etc hasta un nuacutemero de maacutes de cincuenta

Estos elementos diferiacutean mucho en sus propiedades y aparentemente pareciacutea existir poco o ninguacuten orden

entre ellos En estas circunstancias se celebroacute en la ciudad alemana de Karlsruhe el primer congreso

internacional de Quiacutemica era el antildeo 1860 A este congreso asistieron ciento cuarenta delegados de

todo el mundo y una de las conclusiones maacutes importantes del mismo fue la aceptacioacuten mayoritaria del

meacutetodo propuesto por Stanislao Cannizaro para la determinacioacuten de las masas de los aacutetomos de los

distintos elementos quiacutemicos (masas atoacutemicas)

Tambieacuten en dicho congreso Cannizaro defendioacute la hipoacutetesis de su maestro Avogadro (hoy ley por estar

perfectamente comprobada) mostrando pruebas experimentales que la apoyaban e hizo valer su

fecundidad 49 antildeos despueacutes de haber sido emitida y rechazada por sus contemporaacuteneos devolviendo asiacute

el meacuterito a Avogadro que habiacutea ya muerto haciacutea 4 antildeos

Entre los asistentes al congreso se encontraba el quiacutemico ruso Dimitri Mendeleiev quien impresionado

por los trabajos de Cannizaro comenzoacute a estudiar la lista de los elementos quiacutemicos conocidos

organizaacutendolos a partir de las regularidades en el comportamiento quiacutemico de los distintos elementos

obtenidos de modo experimental a lo largo de siglos Mendeleiev ordenoacute los 63 elementos conocidos

seguacuten el orden creciente de sus masas atoacutemicas Publicoacute esta ordenacioacuten en forma de tabla en 1869 a la

que llamoacute tabla perioacutedica de los elementos En su obra Principios de Quiacutemica describe su ley

Perioacutedica con las siguientes palabras

Disponiendo los elementos conforme a sus masas atoacutemicas crecientes se obtiene una repeticioacuten

perioacutedica de propiedades Esto es lo que anuncia la ley Perioacutedica las Propiedades de los cuerpos simples

y sus combinaciones son una funcioacuten perioacutedica de la masa atoacutemica del elemento

En dicha tabla Mendeleiev dejoacute algunos espacios vaciacuteos huecos que de acuerdo con el criterio seguido

(los elementos de una misma columna grupos o familias tienen las mismas propiedades) deberiacutean

corresponder a elementos que todaviacutea no se hablan descubierto y de los que eacutel predice sus propiedades

aproximadas Al verse confirmadas sus hipoacutetesis Mendeleiev es aclamado y su tabla universalmente

aceptada El Sistema Perioacutedico constituyoacute un eacutexito fundamental y espectacular de la teoriacutea atoacutemico-

molecular de la materia propuesta por Dalton Algo parecido a Mendeleiev hizo el alemaacuten Victor Meyer

por la misma eacutepoca pero menos completo

Elaboracioacuten propia

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

572

EL SISTEMA PERIOacuteDICO ACTUAL

Debido a Werner y Paneth Esta basado en la tabla perioacutedica de Mendeleiev

Ordena los 105 elementos conocidos por orden creciente de su nuacutemero atoacutemico (nordm de

protones del nuacutecleo)

Los elementos

quiacutemicos estaacuten ordena

dos en 7 filas o periodos

y 18 columnas a grupos

Los elementos que

pertenecen a un mismo

grupo o familia tienen un

comportamiento quiacutemico

muy parecido es decir

son elementos que

reaccionan frente a las

demaacutes sustancias de un

modo similar

La mayoriacutea de los grupos reciben nombres especiales Grupo IA (1) o de los metales alcalinos grupo IIA (2) o de los metales alcalino - teacuterreos grupo VII A (17) o de los haloacutegenos etc

ACTIVIDADES

1 Realiza una atenta lectura del texto y extrae las ideas maacutes importantes

que encuentres

2 iquestCuaacutentos elementos ordeno Mendeleiev en su eacutepoca iquestPor queacute dejo

algunos espacios vaciacuteos o huecos en su tabla original iquestQueacute correcciones

principales han sido realizadas en la actualidad

3 iquestCoacutemo pudo Mendeleiev descubrir un principio adecuado de

clasificacioacuten de los elementos sin saber nada dela estructura electroacutenica de

los aacutetomos

4 iquestQueacute resultados aporto el primer congreso Internacional de quiacutemica de Karlsruhe en 1860

5 Busca la informacioacuten necesaria y contesta sentildealando el antildeo de descubrimiento el

descubridor y como se descubrioacute

a) Dos elementos que fueron descubiertos por espantildeoles

b) Los elementos conocidos desde la prehistoria c) Los elementos conocidos en la edad media

d) Los elementos descubiertos antes del siglo XVIII e) Los elementos s descubiertos en el

siglo XVIII f) Los elementos descubiertos en el siglo XIX g) Los elementos descubiertos a

partir de 1950 h) Los elementos transuraacutenidos i) Los elementos transactiacutenidos

6 iquestEn queacute siglo se ha descubierto mayor nuacutemero de elementos iquestCuaacutentos iquestPor queacute

crees que se produjo dicha explosioacuten demograacutefica de elementos 7 La primera cuarta parte del siglo XIX fue dominada por el quiacutemico britaacutenico Humphry Davy

y por el quiacutemico sueco Joumlns Jacob Berzelius

a) Busca informacioacuten y sentildeala los nombres de los elementos que descubrioacute cada uno de

ellos y el antildeo que los descubrioacute

b) Sentildeala el origen del nombre de cada elemento y el procedimiento de obtencioacuten de

algunos de ellos

c) Indica algunas de las publicaciones y las implicaciones sociales de dichos

descubrimientos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

573

ELEMENTOS QUIacuteMICOS DESCUBIERTOS POR ESPANtildeOLES

De los elementos naturales conocidos tres han sido descubiertos o identificados como tales por

espantildeoles El platino por Antonio de Ulloa en 1748 el wolframio por los hermanos Antonio y

Fausto de Elhuyar en 1783 y el vanadio por Andres Manuel del Rio en 1801 La importancia

de estos descubrimientos fue importantiacutesimo teniendo en cuenta que en

aquella eacutepoca uno de los objetivos fundamentales de la Quiacutemica que

orientaba el trabajo investigador de la mayoriacutea de los quiacutemicos era el

descubrimiento de los elementos quiacutemicos

El platino de platina plata fue descubierto por Antonio de Ulloa en

1735 en unas minas cuando iba en una expedicioacuten cientiacutefica de Colombia

a Peruacute

En el caso del wolframio tambieacuten llamado tungsteno la mayoriacutea de los

libros extranjeros atribuyen el descubrimiento a Scheele en 1781 Esto no

es cierto fueron los hermanos logrontildeeses Fausto y Juan Joseacute Elhuyar en 1783 quienes lo

aislaron por primera vez a partir de un mineral obtenido en Espantildea la Wolframita tratada con

carbono El propio Sheele reconocioacute en una carta la prioridad espantildeola del descubrimiento El

nombre proviene de woacutelfram quizaacute formado por wolf laquo loboraquo y ram laquo suciedadraquo aplicado tal

vez por los mineros despectivamente al encontrarlo en vez del estantildeo que buscaban

El tercer elemento es el vanadio del latiacuten moderno laquovanadiumraquo en memoria del sobrenombre

de Freya Vanadis nombre de una diosa del antiguo panteoacuten escandinavo El nombre de

vanadio le fue puesto en el antildeo 1830 atribuyeacutendoselo a un quiacutemico sueco pero su verdadero

descubridor fue el quiacutemico madrilentildeo Andreacutes Manuel del Riacuteo en 1801 quien lo denominoacute

eritronio pero no se le reconocioacute al creerse entonces que era cromo impuro

Portada de la memoria el

descubrimiento del

Wolframio

El nombre vulgar del

elemento wolframio en ingleacutes

y en franceacutes es ldquotungstenordquo

Sin embargo la IUPAC

recomienda que el nombre de

los compuestos sea en todos

los idiomas el derivado del

que propusieron los

descubridores del elemento

Dice el texto en ingleacutes del

acuerdo de la IUPAC

ldquowolframate and not

tungstaterdquo

Fausto de

Elhuyar

Juan Joseacute de

Elhuyar

Al final de su Memoria sobre el descubrimiento del wolframio escriben los hermanos Elhuyar

laquoDaremos a este nuevo metal el nombre de wolfram tomaacutendolo del de la materia de la que lo

hemos sacado Este nombre responde mejor que el de tungsteno por ser el wolfram un mineral

que se conociacutea mucho antes Mudamos su terminacioacuten m en n para acomodar mejor al

genio de nuestra lengua las denominaciones de las sales que se forman con esta sustancia

llamaacutendolas sales volfraacutemicasraquo Escribiacutean los nombres del mineral y del elemento obtenido de

eacutel con v porque la W (con la que se escribiacutea el mineral e lenguas) era inexistente en la lengua

espantildeola del XVIII

A1 Indica para los descubridores espantildeoles de elementos quiacutemicos Antonio de Ulloa los

hermanos Elhuyar y Andreacutes Manuel del Riacuteo que elementos descubrieron y coacutemo lo hicieron

Busca y realiza una pequentildea biografiacutea de cada uno de ellos

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

574

COMENTARIOS DE TEXTOS ORIGINALES DE BLAS CABRERA

LOS AacuteTOMOS

Por uacuteltimo conviene insistir en que el cuadro de Mendelejeff al establecer las analogiacuteas y diferencias entre los aacutetomos revela una organizacioacuten de la distribucioacuten de los electrones que ciertamente no es caprichosa Sin salirnos de las noticias que nos suministran los fenoacutemenos eleacutectricos pongamos en evidencia que la condicioacuten de iones no es la normal de los aacutetomos de la materia en general El estado normal de equilibrio es siempre el neutro La presencia de iones simples o compuestos supone fuerzas entre ellos particularmente el grupo maacutes importante de las llamadas valencias La presencia de los electrones en los aacutetomos exige por tanto para su neutralizacioacuten la existencia de cargas positivas la cual hasta ahora no la hemos sentildealado sino en el caso de los cationes atribuidos a la peacuterdida de electrones El descubrimiento efectivo de su intervencioacuten como constituyente de la materia ha sido una de las obras fundamentales realizadas por Rutherford el sucesor de JJ Thomson en el laboratorio Cavendish de Cambridge Inglaterra El meacutetodo utilizado para este fin ha sido el bombardeo de los cuerpos mediante el tipo de radiaciones llamadas α de los cuerpos radiactivos proyectiles de fantaacutestica energiacutea que lanzan principalmente algunos de los aacutetomos de gran masa descubiertos por los esposos Curie y a cuyo conocimiento contribuyeron activamente Rutherford y sus disciacutepulos Tales proyectiles estaacuten electrizados positivamente y al penetrar de modo violento en los aacutetomos descubren en las profundidades de eacutestos un nuacutecleo que les desviacutea de su trayecto rectiliacuteneo precisamente porque estos estaacuten tambieacuten electrizados de modo positivo y repelen a las partiacuteculas α Asiacute se ha encontrado el lugar donde se oculta esta carga Precisamente las propias partiacuteculas α no son otra cosa que nuacutecleos de He desprovistos de sus dos electrones que le acompantildean en el estado neutro seguacuten indica el cuadro de Mendelejeff Esto nos fuerza a pensar que al menos los aacutetomos maacutes pesados contienen en su seno dichos nuacutecleos de He ya formados y aun se ha probado que estaacuten formando parte de los propios nuacutecleos denunciando que esta nueva regioacuten de los aacutetomos posee una organizacioacuten muy compleja A su conocimiento se ha llegado por el meacutetodo del bombardeo ya indicado Las quebraduras violentas de su trayectoria son la consecuencia de que en ellos se encierra la casi totalidad de la masa de cada aacutetomo y tambieacuten denuncia que precisamente por ser una carga positiva numeacutericamente igual que la que poseen los Z electrones que hemos dicho forman parte del aacutetomo que ocupa el lugar Z en el cuadro de Mendelejeff Seguacuten eacuteste puede ya darse una primera descripcioacuten de los aacutetomos distribuyendo en ellos un nuacutecleo que contiene casi toda la masa del aacutetomo y toda su carga positiva Todo ello concentrado en un volumen muy pequentildeo que para los aacutetomos maacutes masivos apenas alcanza un diezmileacutesimo del tamantildeo total del aacutetomo En el resto de eacutel que llamaremos zona cortical soacutelo existen los Z electrones de los que ya hemos hablado donde caben holgadamente puesto que cada uno seguacuten hemos visto poco maacutes arriba tiene apenas un radio del orden de un 100 mileacutesimo del aacutetomo completo y por tanto ocupan igual que una mosca en un saloacuten de algunos centenares de metros cuacutebicos de cabida

Clave de lectura del texto Los aacutetomos de Blas Cabrera 1 Realiza un resumen del texto Sentildealando las ideas principales 2 Estudiar los teacuterminos nuevos que aparecen en eacutel Realiza la correspondiente ficha de vocabulario 3 iquestQueacute es el cuadro de Mendelejeff iquestExisten otros similares Hacer un estudio sobre ello consultando la bibliografiacutea a su alcance 4 Definir el concepto de ioacuten y poner ejemplos

5 iquestQueacute son las partiacuteculas 6 iquest Coacutemo se entendiacutea en esta eacutepoca lo que era un aacutetomo iquest Existen diferencias con las creencias actuales Expliacutequelo detalladamente 7 iquestQueacute son los modelos atoacutemicos iquestCuantos modelos atoacutemicos conoces iquestEn que consiste el modelo atoacutemico de Rutherford En que ideas se baso que hechos consiguioacute explicar cuaacuteles son sus limitaciones Por que otros modelos ha sido sustituido 8 Realiza una pequentildea biografiacutea de Blas Cabrera sentildealando sus principales aportaciones a la Ciencia las principales instituciones en las que participo y los aspectos maacutes relevantes de la sociedad de su eacutepoca 9 Describe coacutemo era la situacioacuten de la ciencia y de los cientiacuteficos en Espantildea en la primera mitad del siglo XX Sentildeala la influencia de los diferentes momentos sociales en el desarrollo de la Ciencia 10 iquestQuieacutenes eran los esposos Curie Habla de ellos iquestCuaacuteles fueron sus aportaciones cientiacuteficas iquestQueacute aplicaciones han tenido sus descubrimientos iquestQueacute influencia han tenido las mismas en la sociedad

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

575

AacuteTOMOS Y MOLEacuteCULAS1

Otra circunstancia interesante que conviene analizar cuando se estudia la nocioacuten de

materia y su evolucioacuten es la suerte que corrioacute el viejo problema del atomismo o continuidad que

dividioacute profundamente a los filoacutesofos del mundo griego Los aacutetomos de Anaxaacutegoras Demoacutecrito

y Leucipo significan la imposibilidad de la divisioacuten indefinida de la materia y en vez de ella la

seguridad de que existe un liacutemite inferior para el tamantildeo posible de las partiacuteculas separables de

un cuerpo con la condicioacuten de mostrar identidad de naturaleza con el cuerpo primitivo Cuando

la naturaleza de estas hipoteacuteticas partiacuteculas que limitan la divisioacuten es ideacutentica para todas se las

llama hoy moleacuteculas La divisioacuten de ellas es auacuten posible formando los aacutetomos y pueden ser

ideacutenticas o heterogeacuteneas En el primer supuesto el cuerpo se dice simple y en el segundo

compuesto El nuacutemero de cuerpos simples es pequentildeo no llegan a un centenar los aacutetomos que se

han podido obtener mientras que el de moleacuteculas compuestas con ellos es praacutecticamente

indefinido

Clave de lectura

Despueacutes de leer detenidamente este fragmento del mencionado artiacuteculo de Blas Cabrera intenta

contestar las siguientes cuestiones

1 Enuncia brevemente cada una de las teoriacuteas atoacutemicas que se han dado

2 iquestCoacutemo define Cabrera los cuerpos simples y los compuestos Expliacutecalo con claridad

3 Define con tus palabras aacutetomo moleacutecula elemento compuesto

4 iquestQuieacuten fue Blas Cabrera Haz una pequentildea biografiacutea del mismo iquestQueacute otros cientiacuteficos

espantildeoles o extranjeros fueron contemporaacuteneos de eacutel

1

CABRERA B (1943) Cincuenta antildeos en la concepcioacuten del concepto de materia Cuadernos Americanos2 nordm 5 74-93 Meacutexico

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

576

Breve biografiacutea de Linus Pauling ldquoQuiacutemico y pacifistardquo

Linus Pauling

(Portland Oregoacuten 1901-Big Sur California 1994) Quiacutemico estadounidense

Profesor y director del instituto tecnoloacutegico de California investigoacute la

estructura molecular y los enlaces quiacutemicos de los compuestos complejos e

introdujo la mecaacutenica cuaacutentica en el estudio de la quiacutemica Sus trabajos le

valieron el premio Nobel de quiacutemica en 1954 Infatigable activista en favor de

la paz y contrario a las armas atoacutemicas por lo que recibioacute el premio Nobel de

la paz en 1962 y el premio Lenin de la paz en 1970 Reviste especial importancia su obra ldquoThe

Nature of the Chemical Bondrdquo (ldquoLa naturaleza del enlace quiacutemicordquo) (1939)

COMENTARIO DE TEXTO No maacutes guerra

Texto1 ldquoCreo que el descubrimiento de la fisioacuten controlada de nuacutecleos atoacutemicos y la liberacioacuten

controlada de energiacutea nuclear es el mayor hallazgo realizado desde que el hombre primitivo

descubrioacute el uso controlado del fuego Un solo kilo de material fisionable como fuente de energiacutea

equivale a maacutes de dos millones de kilogramos de carboacuten Si se tienen en cuenta la abundancia de

material fisionable en la naturaleza se comprende la promesa de energiacutea nuclear que representa

para el mundo del futuro y la posibilidad de que contribuya grandemente al bienestar humano si

la civilizacioacuten no es aniquilada antes por la guerra No podemos quedar impasibles ante la

posibilidad de que estos importantes descubrimientos cientiacuteficos puedan ser utilizados para el

sufrimiento y el exterminio de la humanidad Nos debemos oponer a toda costa a la escalada de

armamentos y al uso de la energiacutea nuclear para fines beacutelicos ldquo

Linus Pauling(1950) Quiacutemica General

Uno de los hombres maacutes activos en la campantildea contra las pruebas nucleares y uno de los de

mayor eacutexito en despertar la conciencia de la comunidad cientiacutefica fue Linus Pauling laureado con

el Premio Nobel de Quiacutemica y de la Paz En enero de 1958 Pauling entregoacute a Dag Hammaumlrshjoumlld

Secretario General de Las Naciones Unidas una peticioacuten firmada por 9235 cientiacuteficos (cantidad

que luego superoacute los 11000) correspondientes a 49 paiacuteses Entre los firmantes habiacutea muchos

premiados con el Nobel La peticioacuten era la siguiente

Texto 2 ldquoNosotros los cientiacuteficos abajo firmantes solicitamos que se realice ahora un acuerdo

internacional para detener las pruebas con armas nucleares

Cada ensayo de bomba nuclear difunde una carga adicional de elementos radioactivos sobre todo

territorio del mundo Cada suma adicional de radiacioacuten origina un dantildeo a la salud de los seres

humanos en el mundo entero y un dantildeo al plasma humano que importa la reproduccioacuten lo cual

lleva al aumento en la cantidad de nintildeos defectuosos que podraacuten nacer en futuras generaciones

Mientras estas armas soacutelo se encuentren en poder de tres potencias seraacute factible un acuerdo para

llegar a su control Si las pruebas continuacutean y si la posesioacuten de estas armas se extiende a otros

gobiernos aumentaraacute considerablemente el peligro de que estalle una catastroacutefica guerra nuclear

por la accioacuten irreflexivo de alguacuten liacuteder nacional irresponsable

Un acuerdo internacional que detenga ahora las pruebas de bombas nucleares podraacute servir como

primer paso hacia un desarme maacutes amplio y hacia la efectiva y final abolicioacuten de las armas

nucleares Terminar los experimentos con las bombas nucleares seraacute como los primeros rayos de

sol de la esperanza en que confiacutea la sufriente humanidadrdquo

(1958) Siguen 11000 firmas de eminentes cientiacuteficos de 49 paises PAULING L (1958) The Scientitists Petition to the United Nations in No More War Londres

Gollanez

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

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DOCUMENTO DE APOYO

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DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

577

TRABAJOS PRAacuteCTICOS DE ESTRUCTURA ATOacuteMICA

ENSAYOS A LA LLAMA OBJETIVO Reconocer la presencia de un elemento por el color de la llama

MATERIAL PRODUCTOS

Hilo de nicromo

Mechero Bunsen

Espaacutetula

Caacutepsulas de porcelana

Aacutecido clorhiacutedrico concentrado Sales (por ejemplo nitratos o cloruros) de sodio potasio estroncio bario y cobre

PROCEDIMIENTO 1 Pon en una caacutepsula de porcelana de 10 a 15 mi- de aacutecido clorhiacutedrico Con una espaacutetula antildeade una pequentildea cantidad del compuesto de sodio disponible 2 Humedece el extremo de un hilo de nicromo en la disolucioacuten anterior y aceacutercalo a la llama de un mechero Bunsen Procura que dicha llama sea lo maacutes incolora posible 3 Anota el color que adquiere la llama 4 Limpia el hilo de nicromo introducieacutendolo en otra caacutepsula que contenga uacutenicamente aacutecido clorhiacutedrico concentrado Repite los tres pasos anteriores con cada uno de los otros compuestos suministrados Rellena la tabla siguiente

Compuesto Color de la llama

Compuesto de sodio

Compuesto de potasio

Compuesto de estroncio

Compuesto de bario

Compuesto de cobre

ACTIVIDADES 1 Explica por queacute los iones metaacutelicos colorean la llama 2 iquestPor queacute es importante limpiar el hilo de nicromo antes de un nuevo ensayo 3 iquestCoacutemo se podriacutea detectar la presencia de alguno de los elementos anteriores en una muestra problema

Trabajo praacutectico orientado como una pequentildea investigacioacuten

iquestCoacutemo variacutea el comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro y yoduro y la

variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los elementos cloro bromo y yodo

El cloro el bromo y el yodo son sustancias que se disuelven en agua

y en tetracloruro de carbono dando disoluciones coloreadas

Vamos a estudiar el desplazamiento de de cloruros bromuros y

yoduros por los haloacutegenos obteniendo la variacioacuten de la afinidad

electroacutenica competitiva de los haloacutegenos

Disentildea una experiencia que te permita averiguar la variacioacuten

del comportamiento quiacutemico de los aniones cloruro bromuro

y yoduro y la variacioacuten de la afinidad electroacutenica entre los

elementos cloro bromo y yodordquo

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

578

Espectros atoacutemicos

Objetivo

Observar el espectro continuo producido

por la luz solar

Observar el espectro discontinuo

producido por un tubo fluorescente y por

una laacutempara de sodio

Material

Espectroscopio de bolsillo o de laboratorio

Fundamento teoacuterico

Si hacemos pasar la luz solar a traveacutes del prisma oacuteptico de un

espectroscopio observamos que se desdobla y aparece a continuacioacuten una

serie de colores diferentes que llamamos espectro (lo que

comuacutenmente se denomina arco iris) Cada color corresponde a frecuencias

determinadas Asiacute la luz solar presenta un aspecto con todos los colores

que denominamos espectro continuo pues los liacutemites de

dichos colores no son niacutetidos y forman un todo ininterrumpido

Al analizar la radiacioacuten emitida por los aacutetomos se observa que cada aacutetomo soacutelo emite o absorbe radiacioacuten

de determinadas frecuencias que en los espectros aparecen como una serie de liacuteneas cuyo valor puede ser

medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto Se trata de espectros

discontinuos Un elemento quiacutemico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son

caracteriacutesticas de cada uno y sirven para identificarlo

Procedimiento

Observa la luz que proviene de una ventana analizaacutendola con el espectroscopio de

bolsillo y apreciaraacutes niacutetidamente el espectro continuo Dibuja en su cuaderno el espectro

obtenido

Baja las persianas y enciende un tubo fluorescente Observa y dibuja el espectro

Prepara la luz de sodio o de mercurio y observa y dibuja el espectro obtenido

Analiza y responde

Describe en cada caso tus observaciones sobre

El espectro de la luz solar

El espectro de la luz emitida por un tubo fluorescente

El espectro de la luz emitida por una laacutempara de sodio

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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DOCUMENTO DE APOYO

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DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

579

INVESTIGANDO ELEMENTOS QUIacuteMICOS

Observacioacuten y propiedades de metales y no metales Se trata de estudiar y reconocer diferentes sustancias y realizar ensayos con sus propiedades que permitan clasificarlos en metales y no metales Actividades previas

A1 Sentildeala las principales diferencias entre metales y no metales comparando sus propiedades

fiacutesicas y las quiacutemicas

A2 Busca informacioacuten y recoge en una tabla las principales propiedades de sodio magnesio

aluminio cinc azufre y yodo

Trabajo experimental

A3 Realiza las experiencias que te permitan responder las preguntas sobre las siguientes

sustancias y analiza los resultados

1 Sodio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

2 Magnesio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico helliphellip

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su combustioacuten reaccioacuten con el oxiacutegeno

3 Aluminio

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

Cinc

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando

iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten con el agua

Reaccioacuten con los aacutecidos (HCl)

4 Azufre

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta

iquestTiene brillo metaacutelico

iquestEs blando iquestEs muy reactivo

Observa y describe su reaccioacuten al calentarlo

7 Yodo

iquestCoacutemo se conserva en el laboratorio

iquestQueacute aspecto presenta iquestTiene brillo metaacutelico helliphelliphelliphelliphellip

iquestEs blando Es muy reactivo

Observa y describe lo que ocurre al calentarlo

ACTIVIDADES POSTERIORES A LA EXPERIENCIA A4 Realiza un informe en el que recojas los objetivos del trabajo praacutectico los materiales de

laboratorio utilizados el procedimiento seguido las dificultades encontradas los datos

obtenidos y los resultados y conclusiones a las que llegues

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

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DOCUMENTO DE APOYO

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DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

580

INVESTIGANDO EL TIPO DE ENLACE DE LAS SUSTANCIAS QUIacuteMICAS

iquestQueacute tipos de enlace y que propiedades tienen las diferentes

sustancias quiacutemicas

Las propiedades que presentan las diferentes sustancia estaacuten

relacionadas con su tipo de enlace por lo que podemos usar algunas

propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan ioacutenico

covalente o metaacutelico

1 ACTIVIDADES INICIALES (Antes de la experiencia)

11 Indica alguna forma de diferenciar las sustancias ioacutenicas

covalentes y metaacutelicas

12 Realiza una lista con las propiedades que caracterizan los diferentes tipos de enlaces y que

sirven para diferenciarlos

13 De todas las propiedades mencionadas anteriormente sentildeala iquestCuaacuteles de ellas podriacuteas

comprobar faacutecilmente en el laboratorio

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Averiguar el tipo de enlace a traveacutes de las propiedades que presentan siete sustancias

desconocidas dadas (Se puede tratar de sal comuacuten azuacutecar limaduras de cobre yodo azufre

glucosa nitrato de plomo)

21 Analiza el problema y formula varios interrogantes o preguntas cuya respuesta se pueda

abordar experimentalmente y no permita determinar el tipo de enlace de cada sustancia

3 EMISIOacuteN DE HIPOacuteTESIS 31 Basaacutendote en su aspecto fiacutesico anticipa una solucioacuten a modo de hipoacutetesis y sentildeala que

sustancias seguacuten sus aspecto crees que presentaran enlace ioacutenico cuaacuteles el covalente y cuales

enlace metaacutelico

4 DISENtildeO EXPERIMENTAL

41 Explica con detalle como procederiacuteas en el laboratorio para identificar el tipo de enlace que

tienen varias sustancias desconocidas

42 Haz una lista con el material y los reactivos que necesitas para poder identificar el tipo de

enlace de las diferentes sustancias En especial indica el procedimiento para poder determinar

a) punto de fusioacuten o ebullicioacuten b) solubilidad en agua c) solubilidad en un disolvente

orgaacutenico d) conductividad eleacutectrica (soacutelido fundido en disolucioacuten)

43 Prepara una tabla que te permita recoger los resultados experimentales con las diferentes

propiedades de las siete sustancias y que nos permitan determinar el tipo de enlace Compaacuterala

con la suministrada

5 REALIZACIOacuteN EXPERIMENTAL

51 Con el visto bueno del profesor o profesora realiza la experiencia siguiendo el plan disentildeado y

anotando los resultados y las observaciones necesarias Recoge al menos los datos suministrados en la

siguiente tabla

Sustancia Aspecto

fiacutesico

Punto de

fusioacuten

Solubilidad

en agua

Solubilidad

en C Cl4

Conductividad

Fundida o en

disolucioacuten

Tipo de

enlace

A

B

C

D

E

F 6 RESULTADOS EXPERIMENTALES REALIZACIOacuteN DE UN INFORME

61 Identifica las sustancias problema de la praacutectica con la lista de sustancias que te indique el

profesor

62 La sal y el azuacutecar se disuelven de forma parecida en agua iquestPor queacute una disolucioacuten es

conductora y la otra no iquestPor queacute las sustancias ioacutenicas tienen un alto punto de fusioacuten

63 Realiza un informe completo de todo el proceso realizado desde el anaacutelisis del problema a

los resultados obtenidos y las conclusiones que obtengas

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

582

DOCUMENTO DE APOYO

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

583

DOCUMENTO DE APOYO MAPA CONCEPTUAL

Anexo III Materiales de los Programas de Investigacioacuten de las Unidades Didaacutecticas

581

DOCUMENTO DE APOYO

Tipos de sustancias seguacuten sus enlaces

Compuestos

ioacutenicos

Compuestos

covalentes

moleculares

Compuestos

covalentes atoacutemicos Metales

Partiacuteculas en el

cristal (Especies

quiacutemicas enlazadas)

Iones Cationes y

aniones

(Cristales ioacutenicos)

Moleacuteculas

Aacutetomos

(cristales covalentes )

Cationes y

electrones

deslocalizados (cristales

metaacutelicos)

Fuerzas presentes Enlaces ioacutenicos

Enlaces covalentes

intramoleculares

Fuerzas

intermoleculares

(De Van der Waals o

de puentes de

Hidroacutegeno)

Enlaces covalentes Enlaces

metaacutelicos

Puntos de fusioacuten Altos por encima de

600 ordmC

Bajos en general de

-272 ordmC a 400 ordmC Elevados entre 1200 ordmC y

3600 ordmC Variados de -39

ordmC a 3400 ordmC

Solubilidad Solubles en agua y

otros disolventes

polares

Insolubles en agua

Las sustancias

apolares son

solubles en

disolventes apolares

(orgaacutenicos) Las

polares en

disolventes polares

(como el agua)

Insolubles

Insolubles

Solubles en otro

metal fundido

(aleaciones)

Conductividad

eleacutectrica

Conductores soacutelo en

disolucioacuten o

fundidos

(Electrolitos de 2ordm

orden)

Sustancias apolares

no conductoras

Sustancias polares

algo conductoras

No conductores Buenos

conductores en

estado soacutelido

(electrones

libres)

Otras

caracteriacutesticas

Forman redes

cristalinas de gran

estabilidad

La disolucioacuten de

los compuestos

ioacutenicos produce la

disociacioacuten ioacutenica de

eacutestos

Duros fraacutegiles y

quebradizos

En condiciones

ordinarias pueden

ser gases liacutequidos o

soacutelidos volaacutetiles

Soacutelidos muy blandos

Puntos de fusioacuten y

de ebullicioacuten bajos

porque al fundir o

hervir soacutelo se

rompen las

atracciones

intermoleculares

Los maacutes duros de todos

los soacutelidos como

consecuencia de la gran

estabilidad de sus

enlaces

No conducen la

electricidad ya que no

tienen iones y sus

electrones de valencia

claramente localizados

carecen de libertad de

desplazamiento

Los valores maacutes

altos de puntos

de fusioacuten

corresponden a

los metales de

las series de

transicioacuten

Densidades

elevadas debido

a sus estructuras

compactas

Buenas

propiedades

mecaacutenicas

tenaces duacutectiles

y maleables

Ejemplos NaCl CaBr2 KI

Ca O K2O K2SO4

H20 (s) I2 S8

C10 H8 (naftaleno)

C12H22O11 (sacarosa)

C6H1206 (glucosa)

Gases H2 O2 N2

NH3 HF

C (diamante)

Si O2 (cuarzo) SiC (carborundo)

Al Na Ca Fe

Cu Au Ag

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DOCUMENTO DE APOYO

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