Esta secuencia didáctica propone actividades para que los alumnos aprendan a ubicar elementos en la tabla periódica, reconozcan los principales grupos de elementos y sus características y relacionen conceptos de teoría atómica con la tabla periódica.
Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi.Responsable disciplinar: Silvia Blaustein.Área disciplinar: Química.Temática: Utilización de la tabla periódica de los elementos. Variación de propiedades.Nivel: Secundario, ciclo básico.Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar. |
Propósitos generales
• Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
• Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
• Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
Los elementos son sustancias puras formadas solo por una clase de átomos. Los elementos constituyen toda la materia que nos rodea, ya que pueden combinarse entre sí para formar un gran número de sustancias compuestas.
Ya en el siglo XIX, los químicos contaban con gran cantidad de información acerca de muchos elementos (en 1869, se conocían 63 elementos). Los químicos necesitaban ordenar dicha información y por eso trataron de encontrar algún criterio que se aplicase a todos ellos. Por ejemplo, si se tiene una colección de figuritas de jugadores de fútbol, se las puede ordenar por equipo, por país o por posición de los jugadores en la cancha.
Dmitri Ivánovich Mendeleev (1834–1907) fue el primero en lograr un ordenamiento exitoso, utilizando las masas atómicas de los elementos y situando en una misma columna los que tuvieran algo en común. Al ordenarlos, alteró el orden de masas cuando era necesario para ubicarlos según sus propiedades, y dejó huecos, que sugerían la existencia de elementos desconocidos hasta entonces.
En la actualidad se conocen 118 elementos, 92 de los cuales son naturales y los demás fueron fabricados por el hombre. En la tabla periódica actual los elementos se encuentran en orden creciente de números atómicos (número de protones en el núcleo (Z)). (Ver la actividad «Modelo atómico de Bohr»).
La tabla periódica no sólo permite ordenar una gran cantidad de información; también, dadas sus características, permite realizar predicciones acerca de propiedades de elementos, para los que no se cuenta con información.
Objetivos de las actividades
Que los alumnos:
• ubiquen los elementos en la tabla periódica;
• reconozcan los principales grupos de elementos y sus características;
• relacionen conceptos de teoría atómica con la tabla periódica;
• reconozcan algunos patrones de variación de propiedades de los elementos.
Actividad 1
Parte A. Contexto histórico
• Utilicen internet u otra fuente disponible para buscar información acerca de los ordenamientos propuestos a lo largo de la historia, para agrupar a los elementos.
• Construyan una línea de tiempo utilizando el programa Cronos de sus equipos portátiles. Pueden consultar los siguientes sitios:
Tabla periódica. Antecedentes y estructura
Evolución de la tabla periódica
Parte B. Grupo, período y características de los elementos
En la tabla periódica, cada elemento ocupa un casillero donde se indican algunas características, por ejemplo:
• El símbolo de cada elemento y a veces el nombre.
• El número atómico (Z) de cada elemento, que representa el número de protones en el núcleo de cada uno de ellos.
• La masa atómica (que se definirá luego).
La tabla está organizada en filas y columnas. Las filas son denominadas períodos y están relacionadas con el número de niveles energéticos ocupados por los electrones en cada elemento. Las columnas se denominan grupos y están relacionadas con la configuración electrónica de los elementos que tienen comportamiento químico similar (ver la secuencia didáctica «Configuración electrónica»). En general, los grupos se indican con números romanos (numeración europea) y letras; la letra A indica grupos de elementos representativos (los grupos cuya configuración electrónica termina, en general, en orbitales s o p) y la B indica elementos no representativos o de transición (la configuración electrónica termina en d o f). Para más información visiten Elementos representativos y de transición y vean la secuencia didáctica «Configuración electrónica»).
Los elementos pueden clasificarse en: metales, no metales, metaloides y gases nobles.
A esta clasificación corresponden los diferentes colores en los casilleros de la tabla periódica. En algunos diseños, a los diferentes grupos de metales (la mayor parte de los elementos de la tabla son metales) se le asignan colores diferentes.
B.1) Utilizando la tabla virtual (EQTabla), ubiquen los siguientes elementos: sodio, cloro, criptón, oxígeno, bromo, potasio, magnesio, carbono, calcio, nitrógeno, argón, azufre, hierro, cinc.
B.2) Señalen para ellos las siguientes características:
• Número atómico, número de electrones y protones. (En Clasifica átomos pueden practicar con algunos elementos. Ingresen a Actividad: Construir átomos y construyan los átomos de los diferentes elementos con las partículas atómicas correspondientes, utilizando la siguiente simulación.)
• Configuración electrónica (vean la secuencia didáctica «Configuración electrónica»).
• El período y el grupo al que pertenecen.
• Clasificarlos en metales, no metales, metaloides o gases nobles. Para consultar las características de cada clase de elemento visiten la Tabla periódica.
Actividad 2
Si se pudiera tomar una muestra de átomos de cloro, se observaría que todos ellos tienen 17 protones en su núcleo (número atómico 17). Pero algunos de esos átomos contienen 18 neutrones en sus núcleos y otros 20 neutrones. A los átomos de un mismo elemento, es decir, con igual número de protones (ya que el número atómico es característico de cada elemento), pero diferente número de neutrones, se los denomina isótopos.
El número másico es la suma de neutrones y protones presentes en el núcleo del átomo, por lo tanto, el número másico de los isótopos de un elemento es diferente (ver la actividad «Modelo atómico de Bohr»). En el caso del cloro, existen dos isótopos de este elemento en la naturaleza, uno de ellos tiene número másico 35, y el otro, 37.
Todos los elementos presentan diferentes isótopos con diferente estabilidad y abundancia en la naturaleza. ¿Cuántos isótopos tiene el hidrógeno?
Cada elemento tiene una masa diferente y muy pequeña. Para medir estas masas tan pequeñas se define una unidad, denominada unidad de masa atómica (uma). Una uma es la doceava parte (1/12) de la masa de uno de los isótopos del carbono, el carbono-12 (126C), y equivale a 1,66 10-27 kg.
La masa atómica relativa de un elemento es la relación entre su masa y la unidad de masa atómica. Como existen isótopos de los elementos, el valor de la masa atómica relativa de estos es un promedio pesado (o ponderado) de las masas atómicas de todos sus isótopos, teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de ellos.
Como se dijo, el cloro tiene 2 isótopos (3517Cl y 3717Cl) que se presentan en la naturaleza con una abundancia del 75,5% y del 24,5%, respectivamente. Para calcular la masa atómica relativa de este elemento, se calcula el promedio pesado o ponderado de la siguiente forma: 75,5/100 + 37 uma ● 24,5/100 = 35,5 uma.
a) Calculen, utilizando la calculadora de sus equipos portátiles, las masas atómicas relativas de los siguientes elementos sabiendo que:
• El litio tiene 2 isótopos estables: el Li-6 (7,59%) y el Li-7 (92,41%).
• La abundancia relativa en la naturaleza de cada uno de los isótopos del neón es: 90,0% de 20Ne, 0,27% de 21Ne y 9,73% de 22Ne.
b) Comparen los resultados obtenidos con los que se encuentran en la tabla periódica virtual.
c) Visiten Masa átomica (uma) para comprobar los datos de masas atómicas para todos los elementos, y para evidenciar cómo varían estos valores a lo largo de la tabla periódica. ¿Se repite algún patrón en cada período de la tabla periódica?
Actividad 3
Como se dijo previamente, todos los elementos que se encuentran en un grupo tienen una distribución electrónica similar y eso les otorga propiedades químicas particulares (ver secuencia didáctica «Configuración electrónica»). Por eso, a estos grupos se los suelen denominar familias de elementos y se les da nombres particulares. Por ejemplo, todos los elementos que se encuentran en el primer grupo (IA) reaccionan violentamente con el agua para formar álcalis, y se los denomina metales alcalinos.
Los elementos que se encuentran en el mismo período tienen sus electrones distribuidos en el mismo número de niveles energéticos (ver la secuencia didáctica «Configuración electrónica») y propiedades diferentes. Pero la variación de estas propiedades sigue un cierto patrón que se repite de período en período. Por ejemplo, dentro de un mismo período, cuanto más a la izquierda se encuentra un elemento, más metálico es; mientras que cuanto más a la derecha se encuentre, es mayor el carácter no metálico. Los metales se caracterizan por tener pocos electrones en el último nivel energético, y los no metales, por el contrario, por tener muchos electrones en el último nivel de energía.
Visitando los siguientes sugeridos y realicen las actividades:
a) Clasificación de los elementos por familias. Indiquen qué características en común tienen los elementos pertenecientes a los siguientes grupos:
• IA o metales alcalinos,
• IIA o metales alcalinotérreos,
• halógenos.
b) Carácter metálico. Hagan un diagrama de la tabla periódica e indiquen la variación del carácter metálico de derecha a izquierda en los períodos (en orden creciente de número atómico) y desde arriba hacia abajo en los grupos (en orden creciente de número atómico).
c) Utilicen la infografía «Grupos y períodos» para establecer características en común de los elementos pertenecientes:
• al período 3,
• al grupo IVA.
d) Ubiquen los siguientes elementos en la Tabla periódica muda: litio, sodio, cloro, bario, hierro, cobre, azufre, neón, carbono, fósforo, y calculen sus aciertos.
• Busquen las características de cada uno de los elementos anteriores en la tabla de imágenes de los elementos químicos.
e) Para sumar más a sus conocimientos, visiten la página Estructura atómica -1.