DESARROLAR LAS COMPETENCIAS DOCENTES BÁSICAS

UNIVERSO NATURAL

Unidad 1. Materia y Energía

Inicio.

A través de la historia de la humanidad, científicos y filósofos entre otros han estudiado las propiedades de la materia mediante análisis descriptivos y experimentales. Algunos filósofos griegos llegaron a pensar que los objetos y las personas estaban constituidos por cuatro elementos; aire, tierra, agua y fuego. Posteriormente se concluyó que el universo está formado de materia.

Se define Materia a todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. La palabra espacio se refiere al volumen y, masa es la cantidad de la materia que posee un objeto o un cuerpo.

También hay que aclarar la diferencia entre materia y material; este último se refiere a la aplicación que le damos a la materia (un material está formado por un conjunto de elementos de la materia – ejemplificar).

Al identificar de qué están hechas las cosas estamos estudiando Química.

Estructura atómica.

Resultados esperados: Comprender y explicar las ideas de Leucipo y Demócrito; los modelos atómicos de Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr; y la forma de orbitales atómicos y cálculo de números cuánticos mediante la configuración electrónica de Dirac-Jordan, para conocer la historia y evolución de la concepción del átomo, con el fin de entender la materia discreta o atomizada.

Los filósofos Leucipo y Demócrito (alrededor del año 500 a. de C.) sostenían que cualquier objeto podía ser dividido por la mitad y una de estas mitades dividirla a la mitad, dividiendo así cada mitad sucesivamente, hasta llegar al punto de la discontinuidad de la materia, hasta llegar a las partículas indivisibles que ellos llamaron átomos, lo que para ellos representaba la esencia de la materia.

En 1803 John Dalton retomó el término “átomo” y formuló el primer modelo atómico o teoría atómica que publicó en 1808. Su trabajo es una propuesta para explicar la conformación de la materia (su estructura y los rasgos que la caracterizan) Dalton sostenía que la materia está conformada por átomos que no pueden destruirse. Que los átomos tienen peso y cualidades propias, que forman elementos o compuestos al combinarse con otros, según las características de las sustancias u objetos.

Dalton publicó la Ley de las Proporciones Fijas que dice “que los elementos se combinan en proporciones fijas para formar compuestos”, como cuando dos átomos de hidrógeno se combinan con un átomo de oxígeno para formar agua.

En 1897 Joseph John Thompson, propuso un modelo atómico que plantea a los átomos conformados por partículas de cargas positiva y negativa de manera uniforma en el interior del átomo. Que está formado por protones y electrones en la misma cantidad, lo que le da estabilidad al átomo.

Ernest Rutherford (1871-1937) propone que el átomo está formado por un núcleo y una corteza. Que en el núcleo está toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo; que éste es casi 100,000 veces más pequeño que el tamaño del átomo en sí. Que la corteza es en su mayoría espacio vacío y en ella los electrones giran alrededor del núcleo. Confirma la carga positiva de los protones que se encuentran en el núcleo y, la carga negativa de los electrones.

Posteriormente (1932) james Chadwick confirmó la existencia de partículas subatómicas sin carga eléctrica o neutras a las que llamó neutrones, cuya masa es igual a la de un protón.

En 1913 Niels Bohr postula que los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando las órbitas de menor energía (las más cercanas al núcleo) además de que cada órbita tiene un nivel de energía constante. Que los electrones pueden moverse de una órbita de menor energía a otra de mayor energía solo si absorben energía; cuando estos electrones excitados regresan a su órbita original, emiten energía, llamada fotones o cuantos (paquetes) de energía. Se definen siete niveles de energía para los átomos.

Paul A. M. Dirac y Ernest P. Jordan formularon en 1926 la Teoría de la Mecánica Cuántica o Teoría de la Transformación, con base al doble comportamiento del electrón, como partícula y como onda, utilizando cuatro números representados con letras:

“n”: Número cuántico principal, determina el nivel de energía de cada electrón.

“l”: Número subcuántico secundario, determina el orbital o subnivel de energía.

“m”: Número cuántico magnético, determina la cantidad de electrones en cada subnivel de energía y la orientación de los orbitales.

“s”: Número cuántico de spin o giro, determina la rotación de los electrones sobre su propio eje.

Los valores que puede tomar “n” = 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7.

La fórmula para calcular los valores de “l” es:

l = n – 1

…por lo tanto, los valores que puede tomar “l” son: 0, 1, 2, 3, 4, 5 y 6.

… y las formas del orbital de energía son: 0=s, 1=p, 2=d, 3=f, 4=g, 5=h, 6=i

La fórmula para calcular los valores de “m” es:

m = 2l + 1

…por lo tanto, los valores que puede tomar “m” son: 1, 3, 5, 7, 9, 11 y 13.

Los valores que “s” puede tomar son ½ y -½ que también pueden representarse con flechas: ½ = -½ =

Principio AUFAUB o diagrama de Moeller: Describe el modelo de configuración electrónica de los átomos en donde “los orbitales de menor energía se llenan antes que los de mayor energía”. Representa la forma de distribuir los electrones en un átomo:

1s2

2s2 2p6

Aumenta el 3s2 3p63d10

Nivel de 4s24p64d10 4f14

Energía 5s2 5p6 5d10 5f14 5g18

6s2 6p6 6d10 6f14 6g186h22

7s27p6 7d10 7f14 7g18 7h22 7i26

Ejemplo: El elemento Neón (N) tiene 10 electrones; el nivel 1 es el de menor energía, luego se sigue el mismo sentido de las flechas (de arriba hacia abajo, de izquierda a derecha). La configuración electrónica del Neón es: 10N: 1s2 2s2 2p6

Ley de Conservación de la Materia de Lavoisier.

Resultados esperados: Describir sistemáticamente la Ley de Conservación de la Materia y ejemplificarla para demostrar tu comprensión y apoyar tu estudio

Antonie Laurent Lavoisier (1743-1794) realiza los primeros experimentos químicos cuantitativos sobre los cambios o transformaciones de la materia, demostrando que la cantidad de esta es la misma al inicio y al final de su transformación. Para esto trabajó con yeso, calentándolo para extraer

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