Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA EJEMPLO DE ACTI VID ADES P AR A EL DES ARROLLO DE LA UNI D AD DID ÁCTI C A Los contenidos de la unidad se transmitirán al alumno a través de las actividades propuest as a cont inuación . La metodolog ía ser á la indicad a en la programación didáct ica. La secuencia de de sarrollo par a las actividades será la siguiente: PRESENTACIÓN E IDE AS PREVI AS En primer lugar procederemos a la presentación de los objetivos, contenidos y criterios de evaluación de la unidad, relacionándola con la unidad anter ior, la estructura atómica de la materia, y ubicándola dentro de la secuencia global de contenidos de la Química de 2 de Bachillerato. A continuación realizar emos un breve cuestionar io de ideas previas que ponga de manif iesto si los alumnos poseen los conocim ientos básicos necesar ios para la comprensión del tema, y de paso les hagan plantearse una ser ie de interrogantes que les motiven al estudio de la unidad. Es decir, trataremos de buscar los f actores que puedan despert ar el interés previo del alumno hacia el tema a desarrollar, al mismo tiempo que evaluarem os el nivel de conocimientos pr evios del alumno: 1. ¿Por qué distint os element os per iódicos tienen propiedades análogas? 2. ¿Qué es el sist ema per iódico? Haz una br eve descr ipción del sistema periódico actual. 3. Escribe la co nf iguración electrónica del Na (Z=11), Br(Z=35) , Li (Z=3). ¿Qué dos elementos tendr án propiedades sim ilares? ¿Por qué? 4. Indica el nombr e de tres element os representativos, tres elementos de transición, tres metales, tres no metales. 5. ¿Qué es un periodo ? ¿Qué es un grupo? Tras darles tiempo para contest arlo lo corregiremos de manera colect iva en clase com entando cada una de las cuestiones. Recogeremos la prueba inicial para tener constancia de los conocimientos previos del grupo de alumnas y alumnos. Asim ismo propondremos un trabajo bibliográf ico a elegir . Lo realizarán en grupos: Elem entos art if iciales y radiactividad. Contam inación medioambiental por elem entos pesados: Hg y Mn. Elem entos venenosos: As, Tl, Pb, etc. La extensión m ínima será de dos f ol ios. Además repart iremos pruebas de select ividad de años anteriores, así com o una hoja de ejercicios que incluirá entre otras las actividades propuest as. NÚMEROS CU ÁNTI COS El siguiente paso será una br eve descripci ón del modelo mecá nico cuánt ico del átomo, introduciendo el concepto de orbital atómico como idea f undamental de este modelo, lo que nos permite la descripción de los dif erentes estados de movimiento del electrón en el átomo. En este momento introduciremos el concepto de número cuántico , indicando que cada orbital está descr ito por tres números cuánticos. Asimismo indicaremos que existe un cuarto número cuánt ico necesario para poder def inir al electrón en el átomo. Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA Será necesario explicar con detalle el nombre, los valor es posibles y el signif icado de los números cuánt icos, dibujando una tabla donde resumamos todo lo anter iorment e expuesto. Todos estos actividades: cont enidos teór icos pueden af ianzarse con las siguientes 1) Just if ica cuál o cuáles de las siguientes combinaciones de valores de números cuánt icos, listados en el orden n, l, m , están permitidas par a un orbital: (2, 2, 0); (2, 1, 1); (3, 1, 3). 2) ¿Cuál o cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánt icos pueden describir un electrón? (0, 0, 0, 1/2); (1, 1, 0, 1/2); (2, 1, 1, 1/2); (4, 5, 0, 1/2) TI POS DE ORBI TAL ES ATÓMICOS En este apartado estudiaremos los tipos de orbitales atómicos con sus correspondientes valores de números cuánticos, estudiando la f orma de cada orbital. Los alumnos construirán una t abla en la que indiquen y nombren los dist intos orbitales que podemos encontrar en las tres primeras capas electrónicas. Utilizaremos el siguiente material gráf ico: Figura 1 , ORBI TALES ATÓMICOS FORM A DE ALG UNOS Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA ENERGÍ A DE LOS O RBI TALES ATÓMICOS El objet ivo es que los alumnos ordenen los dist intos orbitales en f unción de su energ ía ut ilizando sencillas reglas ( valor de n+l, valor de n) . Asimismo deben comprender el concepto de orbital degenerado. Podemos aprovechar para explicar brevemente el ef ecto Zeeman. Todos estos actividades: cont enidos teór icos pueden af ianzarse con las siguientes 3) ¿Qué orbital es más estable, un 2s o un 2p? Considera dos casos, a) para el átomo de hidr ógeno, y b) para cualquier átomo polielectrónico. Justif ica tus respuest as. 4)¿Por qué los orbit ales d no aparecen hasta el tercer nivel energético y los f hasta el cuarto? CONFIGUR ACIO NES ELECTRÓ NIC AS , DI AM AGNETISMO, P AR AM AG NETI SMO, ESTABILI D AD ADICION AL DE UN SUBNIVEL LLENO O SEMILLENO Una vez que los alumnos conocen los dif erentes orbit ales y su orden de energ ías ya pueden construir las conf iguraciones electr ónicas. En este apartado verán las reglas para la obtención de las conf iguraciones electrónicas ( Principio de Pauli, regla de Hund) ayudándose de sencillos diagramas. También veremos cómo con las configuraciones electrónicas se pueden entender las propiedades magnéticas de los átomos. Asim ismo ver emos casos de elementos que presentan conf iguraciones electrónicas dif erentes a lo esperado. Lo explicaremos por la estabilidad adicional de un subnivel lleno o semilleno. Todos estos actividades: cont enidos teór icos pueden af ianzarse con las siguientes 5) Escr ibe con notación orbital la conf iguración electrónica del átomo de sodio en su pr imer estado excitado. 6) Escribe con notación norma l, sim plif icada y orbital la electrónica de las siguientes especies: Sn; Ce; Au; Au + ; Mo. conf iguración 7) Deduce si los átomos de oxíg eno, níquel y cinc son diamagnéticos o paramagnéticos. 8) Escribe la conf iguración electrónica del estado f undament al de: Mg; Ag; Se; Pb. DES ARROLLO HISTÓ RICO DEL SISTEM A PERIÓDICO: TABL A DE MENDELEIEV, LIMI TACIONES, LEY DE MOSELEY Se trata ahora de que los alumnos entiendan que el desarrollo de la tabla periódica, al igual q ue la Quím ica, ha sido un proceso cambiante y dinámico. Nos centraremos en la tabla per iódica de Mendeleiev, tratando de que los alumnos ent iendan el signif icado de la ley periódica. Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA Luego har emos un análisis cr ít ico de la tabla de Mendeleiev, comentando algunas de sus limit aciones. También veremos c omo con la ley de Moseley se cambió el criter io de ordenación en f unción de las masas atómicas por el del número atómico. Utilizaremos el siguiente material gráf ico: Figura 2, TABL A PERIÓDIC A DE MENDELEIEV FIGUR A 2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEM A PERIÓDICO ACTU AL En este apartado describiremos las caracter íst icas pr incipales del sist ema periódico actual, enunciando la ley per iódica y estudiando la var iación de la conf iguración electr ónica a lo largo de un per iodo y un grupo. De esta f orma conseguiremos just if ic ar la f orma de la tabla periódica con el concept o de conf iguración electrónica. También explicaremos los dif erentes periodos (cortos, medios largos) y ver emos como se pueden clasif icar los elementos dentro del sistema per iódico (metales, no metales; elemen tos representativos, de transición, de transición interna). Asim ismo realizaremos una act ividad audiovisual con un pr ograma inf ormático donde hay una simulación de la tabla per iódica. Utilizaremos también el siguiente material gráf ico: Figura 3, ÚLTIM A EDICIÓN DE L A TABL A PERI ÓDIC A Una dirección web de interés que se pasará a los alumnos será: www. iupac.org , en él encontrarán la últ ima edición de la tabla periódica PROPIED ADES PERIÓDI CO PERIÓDIC AS Y SU V ARI ACIÓN EN EL SISTEM A La parte f inal de la unidad la dedicamos al estudio detallado de las pr incipales propiedades per iódicas, así como su var iación a lo largo del sistema per iódico. Dichas pr opiedades serán: radio at ómico, radio iónico, energía de ionización, af inidad electrónica, electronegatividad y carácter metálico. Es absolutamente necesario que los alumnos expliquen razonadamente la var iación de estas propiedades ut ilizando el concepto de conf iguración electrónica. Todos estos cont enidos teór icos pueden af ianzarse con las siguientes actividades: 9) Ordena de mayor a menor los radios atómicos de: Rb; Sr; I, Cs. 10) De los iones más estables que forman los elementos de la actividad anterior, ¿cuál es pr evisible que tenga el mayor radio? 11) Ordena, razonada mente, de menor a mayor, los siguientes elementos en cuanto al valor de su energ ía de ionización: F; Ca; Cl; He. 12) Dados los elementos Mg, Na, Ne, O y F, or dénarlos de mayor a menor en cuanto a su: a) ener gía de ionización; b) carácter metálico; c) radio atóm ico. 13) Con los elementos del ejercicio ant erior, obtén cinco especies isoelectrónicas, iónicas o neutras, y ordénalas en f unción de su radio. Utilizaremos el siguiente material gráf ico: Figura 4, V ARI ACI ÓN DE ALGUN AS PROPIED ADES PERIÓDIC AS Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA Una vez f inalizada la unidad realizar emos la prueba escr ita. Los alumnos entregarán también al f inal de la unidad los ejercicios del examen de selectivo correspondientes a la unidad, los informes del trabajo bibliográf ico y los ejercicios de la hoja no corregidos en clase. EJERCI CIOS PARA ALUMNO S CON MAYOR APTITUD 1) Las sucesivas energ ías de ionización para el Be, Z = 4, expresadas en kJ/mol, son: 899, 1757, 14848 y 21006. a) Escribe las ecuaciones quím icas que rep resentan los sucesivos procesos de ionización. b) Justif ica el salt o energético tan brusco al pasar de la segunda a la tercera energ ía de ionización. 2) La af inidad electrónica del yodo es 295,9 kJ/mol. ¿Qué signif icado tiene el signo menos? Calcula la energ ía que se desprende al ionizar 1,00 g de yodo en f orma de gas monoatómico en su est ado f undamental. EXAMEN: 1) a) Indica los cuat ro números cuánt icos correspondient es al último electrón del elemento pot asio, Z=19. b) Justif ica la aparente anomalía de la conf iguración electrónica del cobre: Cu(Z=29): 1s 1 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 1 0 2) Coloca en orden creciente de su potencial de ionización las siguientes especies quím icas, justif icando esa ordenación: Na, K ,Cl, P, Br. 3) Explica de f orma razonada la veracidad o la f alsedad de las siguientes aseveraciones ref eridas al Sistema Periódico actual: a) El Sistema Per iódico moderno tiene 7 grupos y 18 per íodos. b) Todos los per íodos, por una parte, y todos los grupos, por otra, contienen el mismo número de elementos quím icos. c) Todos los lant ánidos o cupan realmente una única casilla del Sistema Periódico. d) El hidrógeno carece de ubicación adecuada en el Sistema Periódico. 4) Dados los siguientes elementos: He, F, S, As y Sn; indica el que corresponda mejor a cada una de las preguntas siguient es, ra zonando las respuest as: a) el más metálico. b) el de mayor radio. c) el más electronegativo Datos: númer os atómicos: He=2,F=9,S=16,As=33,Sn=50 Javier Fomb ona (Profesor Un iversidad de Oviedo) [email protected] E n s e ñ a n z a Ap r e n d i z a j e IN F O R M A T IV A Y T E C N O L O G Í A www.u niovi.es/fomb ona M AS T E R D E S E C U N D AR IA 5) a) Nombra los números cuánt icos necesarios par a caracter izar los electrones en los átomos. Indica su signif ic ado y sus posibles valores. b) Contesta a las siguientes cuest iones relativas a un elemento con Z= 7 y A=14: 1. Número de protones, neutrones y elect rones. 2. Conf iguración electrónica y número de electrones desapareados en su estado f undament al. 3. Número máximo de electrones para los que m l =0, n=2; l=1.