Guía para el docente

Guía para el Docente
Modelo atómico de la materia
Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
Guía para el docente
Descripción curricular
- Nivel: 2º Medio
- Subsector: Ciencias químicas
- Unidad temática: Modelo atómico de la materia
- Palabras claves: elementos químicos, tabla periódica, configuración
electrónica, propiedades físicas.
- Contenidos curriculares: Modelo atómico de la materia
- Constituyentes del átomo; descripción de los modelos
atómicos precursores del modelo actualmente aceptado;
modelo atómico de la materia: orbital atómico, número
atómico, configuración electrónica.
- Propiedades periódicas de los elementos: volumen y
radio atómico; energía de ionización; afinidad electrónica
y electronegatividad, usando la Tabla Periódica actual.
-
Contenidos relacionados:
- 1° Medio
ƒ El agua
ƒ El aire
ƒ Los procesos químicos
ƒ Los materiales
- 2° Medio
ƒ Enlace químico
ƒ Disoluciones químicas
- 3° Medio
ƒ Reactividad y equilibrio químico
ƒ Cinética
- 4° Medio
ƒ Procesos químicos industriales
-
Aprendizajes esperados:
- Reconocen
que
toda
la
materia
consiste
de
combinaciones de una variedad de átomos de
elementos, los que están constituidos por un núcleo y
electrones, e identifican los dos elementos más
abundantes en el universo, en la corteza terrestre, en la
atmósfera y en el cuerpo humano.
- Relacionan el número de protones en el núcleo con un
determinado elemento del sistema periódico; establecen
que el número de electrones en el átomo neutro es igual
al número de protones en el núcleo, y aplican este
principio a la determinación de la carga eléctrica de
iones monoatómicos.
- Reconocen que muchas de las propiedades de los
elementos se repiten periódicamente, y valoran el
ordenamiento de los elementos en el sistema periódico
como el resultado de un proceso histórico en la
búsqueda de sistematizar y ordenar una gran cantidad
de información.
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Modelo atómico de la materia
Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
-
-
Distinguen las propiedades de radio atómico, energía de
ionización, afinidad electrónica y electronegatividad y
las reconocen como propiedades periódicas.
Son capaces de explicar el origen de la variación
periódica del radio atómico, de la energía de ionización y
de la electroafinidad en los elementos del segundo
período.
Conocen los nombres y símbolos de los primeros diez
elementos del sistema periódico, construyen sus
configuraciones electrónicas y, de acuerdo con su
posición dentro del período, hacen una predicción
razonable acerca de si sus características serán
metálicas o no metálicas.
Aprendizajes esperados de esta actividad:
- Conocer las propiedades periódicas de los elementos.
- Utilizar la Tabla Periódica actual.
- Comprender la organización electrónica.
- Realizar configuraciones electrónicas de los elementos.
Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl:
- Ficha: Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades
periódicas.
- Juego: “El ahorcado”.
- Animación: “Llenado de electrones”.
- Diapositivas digitales (ppt): “Modelo atómico de la materia”
Actividades propuestas para este tema
Este tema incluye dos actividades independientes entre sí, orientadas a la
comprensión de la estructura de la materia y modelos atómicos.
- Actividad “¿Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la
Tabla Periódica?”: pretende guiar el estudio de la Tabla Periódica para
su correcta utilización. De ella los estudiantes deben rescatar las
propiedades físicas de los elementos que allí aparecen y luego
observar cómo varían estas propiedades.
- Actividad “¿Cómo son las configuraciones electrónicas de los elementos
que forman una familia?”: pretende guiar el estudio de la configuración
electrónica de los elementos.
Sugerimos realizar cada actividad luego de que hayan revisado previamente
los contenidos adecuados a estas actividades. De igual forma, para
realizarlas se debe contar con material bibliográfico para trabajo de
investigación. A continuación encontrarás los contenidos que tratan estas
actividades y sugerencias sobre cómo desarrollarlas con tus estudiantes.
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Modelo atómico de la materia
Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
ACTIVIDAD: ¿Cómo varían las propiedades físicas de los elementos
en la tabla periódica?
Duración: dos horas pedagógicas
1. Mapa de contenidos tratados
Tabla periódica
Organizada de acuerdo a
propiedades físicas y Z
Referencia histórica
Último nivel
energético
Tabla actual
7 Periodos
Nº electrones en
última capa
18 grupos
Representativos
Metales alcalinos
Metales Alcalinotérreos
Gases nobles
De transición
Lantánidos y actínidos
Halógenos
Grupo 2B
Propiedades periódicas
Energía de
ionización
Afinidad
electrónica
Radio Atómico
Radio Iónico
2. Desarrollo de la actividad ¿Cómo varían las propiedades físicas de
los elementos en la tabla periódica?
Paso 1
Comience esta actividad recordando que existen 118 elementos que se
organizan en una tabla, llamada Tabla Periódica o Sistema Periódico, de
acuerdo con sus propiedades físicas y químicas.
Sugerimos que recuerde los conceptos básicos de la Tabla Periódica
- Grupos o familias de elementos
ƒ Elementos representativos
ƒ Elementos de transición
ƒ Elementos de transición interna
ƒ Elementos halógenos
ƒ Gases nobles
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
- Periodos
- Propiedades físicas de los elementos
ƒ Energía de ionización
ƒ Afinidad electrónica
ƒ Radio atómico
ƒ Radio iónico
Paso 2
Para comenzar la actividad, puede motivar la indagación con la siguiente
pregunta a sus estudiantes:
- ¿Cambian las propiedades físicas de elementos al interior de una
familia o de un período?
Inicie la actividad asegurándose de que los estudiantes tengan una Tabla
Periódica y una referencia bibliográfica, las que pueden obtener desde el
portal educarchile, de otros medios informativos como Internet o bien de
una biblioteca.
Entregue la Guía para el estudiante. La pueden leer en línea o imprimir
desde el portal educarchile.
Las respuestas correctas para esta actividad se encuentran a continuación.
Puede utilizarlas para revisar las respuestas de sus estudiantes.
I
Variación de la energía de ionización
1.Anota en la tabla siguiente los potenciales de ionización de los
elementos del grupo IA (sin el átomo de Hidrógeno) y del grupo IIA y
de los periodos 2 y 3.
2
3
4
5
6
IA
Li
5,41
eV
Na
5,14
eV
K
4,37
eV
Rb
4,19
eV
Cs
2,25
eV
IIA
Be
9,38
eV
Mg
7,65
eV
Ca
6,15
eV
Sr
5,73
eV
Ba
5,24
eV
IIIA
B
8,33
eV
Al
6,00
eV
IVA
C
11,34
eV
Si
8,15 eV
VA
N
14,66
eV
P
11,00
eV
VIA
O
13,70
eV
S
10,36
eV
VIIA
F
17,54
eV
Cl
13,01
eV
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
2.Observa los valores de potenciales de ionización de esta tabla en el
grupo (columnas verticales). ¿Cómo cambia el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia abajo?
Los valores de potencial de ionización dentro de un grupo disminuyen
hacia abajo. Es decir, disminuyen con el número atómico.
3.Observa los valores de los potenciales de ionización de esta tabla en
el período (filas horizontales). ¿Cómo varía el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia la derecha?
Los valores de potencial de ionización dentro de un período aumentan
hacia la derecha. Es decir aumentan con el número atómico.
4.Realiza un esquema de la variación (en un grupo y en un período) en tu
cuaderno.
II Variación de la afinidad electrónica
1. Averigua, mediante una investigación bibliográfica, cómo varía la
afinidad electrónica dentro de un grupo y de un período de la Tabla
Periódica.
Dentro de un grupo en la Tabla Periódica, la afinidad electrónica
disminuye a medida que aumenta el número atómico. En otras
palabras, aumenta cuando disminuye el número atómico.
Dentro de un período en la Tabla Periódica, la afinidad electrónica
aumenta a medida que aumenta el número atómico. Es decir,
aumenta hacia la derecha.
2. Realiza un esquema de esta variación (en un grupo y en un período)
en tu cuaderno.
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
III Variación del radio atómico
1. Anota en la tabla siguiente los radios atómicos de los elementos del
grupo IA (sin hidrógeno) y del grupo IIA y de los periodos 2 y 3.
2
3
4
5
6
IA
Li
1,55
Aº
Na
1,90
Aº
K
2,35
Aº
Rb
2,48
Aº
Cs
2,67
Aº
IIA
Be
1,12
Aº
Mg
1,60
Aº
Ca
1,97
Aº
Sr
2,15
Aº
Ba
2,22
Aº
IIIA
B
0,98
Aº
Al
1,43
Aº
IVA
C
0,914 Aº
Si
1,32 Aº
VA
N
0,92
Aº
P
1,28
Aº
VIA
O
0,65
Aº
S
1,27
Aº
VIIA
F
0,57
Aº
Cl
0,37
Aº
2. Observa los valores de los radios atómicos de esta tabla según el
grupo (columnas verticales). ¿Cómo cambia el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia abajo?
En un grupo, los valores del radio atómico aumentan a medida que
aumenta el número atómico. Es decir, aumentan hacia abajo.
3. Observa los valores de los radios atómicos de esta tabla según el
período (filas horizontales). ¿Cómo varía el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia la derecha?
Dentro de un período, el radio atómico disminuye a medida que
aumenta el número atómico.
4. Realiza un esquema de la variación (en un grupo y en un período) en
tu cuaderno.
Dentro de un período disminuye hacia la derecha y dentro de un
grupo aumenta hacia abajo.
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IV Variación del radio iónico
1. Averigua, mediante una investigación bibliográfica, cómo varia el
radio iónico dentro de un grupo y de un período de la tabla
periódica.
Existen variaciones de acuerdo al radio atómico de los átomos. Por
otro lado se espera que cuando un átomo neutro se convierte en un
ion, se espera un cambio en el tamaño según se transforme en catión
o anión.
Si el átomo pierde un electrón (o varios), entonces la nube
electrónica se contrae y el catión es más pequeño el átomo inicial.
Cuando un átomo forma un anión el tamaño o radio aumenta debido
a que la repulsión electrónica, consecuente de agregar un electrón (o
varios) hace que aumente el tamaño de la nube electrónica.
Paso 3
Para concluir la actividad, pídales a sus estudiantes que se dividan en
grupos de 4 ó 5 personas.
Cada grupo deberá realizar un esquema de variación de las propiedades
físicas en una cartulina o papelógrafo para pegarlo en la pared de la sala de
clases.
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ACTIVIDAD: ¿Cómo son las configuraciones electrónicas de los
elementos que forman una familia?
Duración: dos horas pedagógicas
1. Mapa de contenidos tratados
Tabla periódica
Último nivel
energético
Organizada de acuerdo a
propiedades físicas y Z
7 Periodos
18 grupos
Representativos
Nº electrones en
última capa
Metales alcalinos
Metales Alcalinotérreos
Gases nobles
De transición
Lantánidos y actínidos
Halógenos
Grupo 2B
Organización
de electrones
Configuración electrónica
Principio de
mínima energía
Principio de
exclusión de Pauli
Principio de máxima
multiplicidad de Hund
2. Desarrollo de la actividad ¿Cómo varían las propiedades físicas de
los elementos en la Tabla Periódica?
Paso 1
Recomendamos realizar esta actividad una vez que los estudiantes sepan
utilizar una Tabla Periódica, sus grupos (o familias) y períodos de
elementos.
Puede comenzar la actividad preguntando:
- ¿Cómo se organizan los electrones al interior de un átomo?
Recuerden los siguientes conceptos:
- Configuración electrónica de los elementos
- Principios de la configuración electrónica:
- Principio de mínima energía.
- Principio de exclusión de Pauli.
- Principio de máxima multiplicidad de Hund.
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
Paso 2
Recuerde brevemente las familias (o grupos) de los elementos.
- Elementos representativos
- Elementos de transición
- Elementos de transición interna
- Elementos halógenos
- Gases nobles
Para motivar esta investigación puede preguntar si los elementos que
pertenecen a una familia, tienen alguna similitud en sus configuraciones
electrónicas. Recoja las ideas de los estudiantes y luego invítelos a
descubrir si es así o no.
Paso 3
Entregue la Guía para el estudiante para realizar esta actividad. Pueden
obtenerla desde el portal en Internet educarchile. También es posible
acceder a ella leyéndola en línea.
Una vez que sus estudiantes tengan la guía, léanla todos juntos y luego
comiencen la actividad.
Para realizar esta actividad, los estudiantes deben escribir configuraciones
electrónicas de algunos elementos y luego observar si tienen algo en
común. Pueden obtener material de apoyo en el portal de educarchile, en
otros medios como Internet o bien en una biblioteca.
A continuación se encuentran las respuestas correctas a las actividades.
Puede utilizarlas para corregir las respuestas de los estudiantes.
1. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos alcalinos?
a. Realiza una lista de todos los elementos alcalinos.
Los elementos alcalinos son: Litio (Li), sodio (Na), potasio (K),
rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr).
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
Elemento Configuración
electrónica
Li
[He]2s1
Na
[Ne]3s1
K
[Ar]4s1
Rb
[Kr]5s1
Cs
[Xe]6s1
Fr
[Rn]7s1
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
Todo este grupo de elementos tiene un electrón desapareado en el
orbital s.
2. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos alcalinos
térreos?
a. Realiza una lista de todos los elementos alcalinos térreos.
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
Los elementos alcalino térreos son: berilio (Be), magnesio (Mg),
calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra).
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
Elemento Configuración
electrónica
Be
[He]2s2
Mg
[Ne]3s2
Ca
[Ar]4s2
Sr
[Kr]5s2
Ba
[Xe]6s2
Ra
[Rn]7s2
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
Todos los elementos de esta familia tienen dos electrones en el
último nivel energético, utilizando el orbital s.
3. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos de
transición?
a. Realiza una lista de todos los elementos de transición.
Escandio (Sc), titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), manganeso (Mn),
hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), cobre (Cu), ytrio (Y), circonio
(Zr), niobio (Nb), molibdeno (Mo), tecnecio (Tc), rutenio (Ru), rodio
(Rh), paladio (Pd), plata (Ag).
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
Elemento
Sc
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Configuración
electrónica
[Ar]3d14s2
[Ar]3d34s2
[Ar]3d54s1
[Ar]3d54s2
[Ar]3d64s2
[Ar]3d74s2
[Ar]3d84s2
[Ar]3d104s2
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
Todo este grupo de elementos tiene el orbital d del tercer o cuarto
nivel incompleto. Todos los elementos, excepto el cromo, tienen el
orbital s del siguiente nivel lleno.
4. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos: cinc (Zn),
cadmio (Cd) y mercurio (Hg)?
a. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
Elemento
Zn
Cd
Hg
Configuración
electrónica
[Ar]3d104s2
[Kr]4d105s2
[Xe]4f145d106s2
b. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
Estos tres elementos tienen la capa d completa en el tercer, cuarto y
quinto nivel, respectivamente. El siguiente orbital, s, también está
completo. No completan el nivel de energía.
5. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos de
transición interna?
a. Realiza una lista de todos los elementos de transición interna.
Lantano (la), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio
(Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb),
disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb) y
lutecio (Lu).
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
Elemento
La
Ce
Pr
Configuración
electrónica
[Xe]5d16s2
[Xe]4f15d16s2
[Xe]4f35d06s2
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
Estos elementos tienen la capa f incompleta.
6. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos halógenos?
a. Realiza una lista de todos los elementos halógenos.
Flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (Y) y astato (At).
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
Elemento
F
Cl
Br
Y
At
Configuración
electrónica
[He]2s2p5
[Ne]3s2p5
[Ar]3d104s2p5
[Kr]4d105s2p5
[Xe]4f145d106s2p5
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
A todos estos elementos les falta un electrón para completar sus
niveles de energía. El último orbital ocupado, para todos los
elementos, es el orbital p.
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Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas
7. ¿Cómo es la configuración electrónica de los gases nobles?
a. Realiza una lista de todos los gases nobles.
Helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y
radón (Rn)
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
Elemento
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Configuración
electrónica
1s2
[He]2s2p6
[Ne] 3s2p6
[Ar]3d104s2p6
[Kr]4d105s2p6
[Xe]4f145d106s2p6
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
Todos estos elementos tienen su último nivel de energía completo.
Paso 4
Puede concluir esta actividad pidiéndoles que completen la siguiente tabla
de números de electrones por orbital:
Orbital Electrones
S
2
P
6
D
10
f
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II. Ahora que has analizado los elementos de la tabla periódica, ¿qué
reflexión puedes hacer sobre su organización?
Todos los elementos de la tabla periódica tienen ciertas características
comunes que los reúnen en grupos o familias.
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