6 Aprender es un camino de largo recorrido que durará toda tu vida. La meta es siempre recorrerlo CONSTRUYENDO MUNDOS más equitativos, más justos, más sostenibles. Por ello, hemos pensado en este itinerario para ti: Itinerario didáctico El átomo 4 R E T O Elaborar el guion de una serie radiactiva Átomos muy energét icos Central nuclear de Chernóbil (Ucrania), abril de 1986. Durante una prueba se produce una detonación que hace estallar uno de los reactores nucleares. Un sinfín de partículas radiactivas contaminan la atmósfera , el agua , la vegetación , los animales… y a las personas de los alrededores, que no podrán volver a habitar esa región hasta que pasen muchos años. En 2019 se estrenó una serie sobre este accidente. ¿Te atreves a elaborar el guion de una serie donde la energía nuclear sea protagonista? A lo largo de las siguientes páginas te ayudaremos. 82 H A Z M E M O R I A Con este reto vas a cont r ibui r a… «De aquí a 2030, lograr la gestión ecológicamente racional de los productos químicos y de todos los desechos a lo largo de su ciclo de vida , [...] y reducir significativamente su liberación a la atmósfera , el agua y el suelo a fin de minimizar sus efectos adversos en la salud humana y el medioambiente». (Meta 12.4) Mientras escribes el guion de la serie aprenderás qué es la radiactividad , algunas de sus aplicaciones y las características de los desechos radiactivos y cómo deben gestionarse para poder alcanzar esta meta de los ODS. ¿Qué es un átomo? ¿Qué partículas forman los átomos? ¿Qué relación existe entre los átomos y la electricidad? ¿Qué es la energía nuclear? ¿Qué otros tipos de energía recuerdas? Descríbelos. INTERPRETO LA IMAGEN Observa la imagen grande de la izquierda. En 2016 se colocó una gigantesca estructura de 30 000 toneladas de acero para tapar los restos del reactor nuclear de Chernóbil. Costó 1500 millones de euros. ¿Por qué se construyó si ya han pasado varias décadas desde el accidente? La estructura se montó separada de su ubicación final y luego se trasladó hasta ser colocada encima de los reactores. ¿Cuál pudo ser el motivo? ¿Por qué crees que se empleó acero en vez de madera o aluminio para cubrir el reactor? Observa esta otra imagen de la izquierda. ¿Por qué usan trajes especiales quienes trabajan con residuos radiactivos? EN ESTA UNIDAD. . . Los átomos. Modelos atómicos. Las partículas que forman los átomos. Avances en el modelo atómico. Átomos, isótopos y masa atómica. Los átomos y la electricidad. Iones: aniones y cationes. La radiactividad. 83 ¿DE QUÉ ESTÁ HECHA LA MATERIA? Todo lo que nos rodea está formado por átomos. EL ÁTOMO Y LA ELECTRICIDAD Cuando se frotan ciertos materiales, estos se electrizan . Aparecen dos tipos de fuerzas entre ellos. ENERGÍA RADIANTE La energía radiante es la energía que transportan las radiaciones electromagnéticas. Cuando se frota un objeto, sus átomos pueden ganar o perder electrones y adquirir carga eléctrica negativa o positiva . REPASO FÍSICA Y QUÍMICA 1 Clasifica las partículas que forman el átomo según estén en el núcleo o en la corteza. 2 Observa el esquema de la energía y los tipos de radiación electromagnética; después, describe para cada uno de ellos alguna aplicación o dispositivo que utilices habitualmente. 3 Comprueba experimentalmente si varios materiales se electrizan cuando se frotan. Por ejemplo, prueba a frotar un bolígrafo de plástico contra tu jersey y atraer con él pequeños trocitos de papel. Después, prueba a frotarlo con una prenda de algodón. Haz ahora lo mismo con un lápiz de madera en lugar del bolígrafo de plástico. A C T I V I D A D E S + Protón : partícula con carga eléctrica positiva Neutrón : partícula sin carga eléctrica - Electrón : partícula con carga eléctrica negativa Repulsión Atracción Dos trozos de vidrio electrizados se repelen . Dos trozos de ámbar electrizados se repelen . El vidrio y el ámbar electrizados se atraen . ENERGÍA Ondas de radio Microondas Infrarrojos Visible Ultravioleta Rayos X Rayos c 2 átomos de oxígeno 2 átomos de nitrógeno átomos de silicio 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno átomos de carbono átomos de aluminio Corteza Núcleo ESTRUCTURA DE UN ÁTOMO 84 Masa Carga eléctrica Protón 1 u +1 e Electrón 1/1836 u -1 e Neutrón 1 u 0 4 10 Calcula cuántos protones hay que reunir para que la masa total sea 1 kg. ¿Y neutrones? ¿Y electrones? 11 Calcula cuántos protones debes reunir para que la carga eléctrica total sea 1 C. ¿Y electrones? A C T I V I D A D E S 2.2. Escala atómica C omo l o s p r o t o n e s , n e u t r o n e s y electrones son partículas muy pequeñas, cuando se trabaja con átomos es frecuente emplear la escala atómica , que uti li za como unidad d e m a s a y d e c a r g a c a n t i d a d e s aproximadas a la masa y a la carga de un protón . E J E M P LO R E S U E LTO 1 Calcula la masa y la carga del átomo del dibujo. Expresa el resultado en unidades del SI y en escala atómica. 1. Cuenta las partículas de cada tipo que hay en el átomo. Protones: 2 Neutrones: 3 Electrones: 2 2. Localiza los datos de la masa y de la carga de cada partícula y haz una tabla indicando el número de partículas y el cálculo de la masa y de la carga de cada tipo de partículas en unidades del SI. Luego, calcúlalo para todo el átomo. Partículas Cantidad Masa (kg) Carga (C) Protón 2 2 ? 1,673 ? 10-27 = 3,346 ? 10-27 2 ? (+1,6 ? 10-19) = +3,2 ? 10-19 Neutrón 3 3 ? 1,675 ? 10-27 = 5,025 ? 10-27 3 ? 0 = 0 Electrón 2 2 ? 9,11 ? 10-31 = 1,822 ? 10-30 2 ? (-1,6 ? 10-19) = -3,2 ? 10-19 Total átomo 8,373 ? 10-27 0 La masa del átomo es 8,373 ? 10-27 kg y su carga es 0 C. 3. Repite el paso anterior trabajando en unidades atómicas. Partículas Cantidad Masa (u) Carga (e) Protón 2 2 ? 1 = 2 2 ? (+1) = +2 Neutrón 3 3 ? 1 = 3 3 ? 0 = 0 Electrón 2 2 ? 0 = 0 * 2 ? (-1) = -2 Total átomo 5 0 La masa del átomo es 5 u y su carga es 0 e. unidad de masa atómica (u): unidad de carga atómica (e): 1 u = 1,66 ? 10-27 kg 1 e = 1,6 ? 10-19 C * En unidades de masa atómica podemos considerar nula la masa del electrón. 87 LA SITUACIÓN DE APRENDIZAJE. EL RETO 1 UN ODS Y SUS METAS 2 LAS COMPETENCIAS ESPECÍFICAS 3 Exprime tu cerebro para recordar lo que sabes. Haz memoria de tus conocimientos adquiridos en otros cursos, en otras unidades o en tus propias experiencias. Contribuye con la realización del reto al cumplimiento de una o varias metas de uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Observa y aprende. ANALIZA ejemplos resueltos, luego aplica lo aprendido y RESUELVE problemas. Piensa y exprésate con espíritu crítico a partir de las diferentes ACTIVIDADES propuestas. Piensa críticamente. Debate sobre la veracidad de estos contenidos. En la sección ¿VERDAD O MENTIRA? encontrarás propuestas para aprender a producir información veraz y desmontar fake news y mitos. Reflexiona sobre un aspecto de la vida cotidiana, poniéndote en el lugar de los personajes que la presentan. Acepta el reto propuesto a partir de la situación de aprendizaje. Utiliza el REPASO inicial, revisa lo que ya sabes y relaciona estos saberes con lo que vas a aprender. Investiga, piensa y responde las cuestiones que te ayudarán a ir resolviendo el reto y a adquirir competencias específicas. Estudiar la reacción entre el HCℓ y el NH3 Disolver la cáscara de un huevo 6 1. Con la pipeta, coge un poco de amoniaco y viértelo sobre un algodón. Luego, colócalo en un extremo del tubo y ciérralo con el tapón de goma. 2. De forma similar, pon un algodón con ácido clorhídrico en el otro extremo del tubo. 3. Al cabo de un rato, una nube blanca aparecerá en el tubo hasta que lo llena por completo. Deja que progrese durante una hora y verás un polvo blanco que se deposita en la parte inferior del tubo. 1. Pon un huevo fresco en un vaso y cúbrelo con vinagre. 2. Verás que aparecen burbujas de CO2. Déjalo así una semana. 3. Con mucho cuidado, coge el huevo y límpialo. ¡No tiene cáscara! 4. Puedes iluminarlo con una linterna y ver su interior. 8 ¿Qué detalle notorio nos informa de que se está produciendo una reacción química? 9 ¿Qué diferencias encuentras entre la materia antes y después de esta reacción? 10 ¿Qué detalle notorio nos informa de que se está produciendo una reacción química? 11 ¿Qué diferencia aprecias entre el recubrimiento del huevo antes y después de esta experiencia? ¡ Ten cuidado! Como vas a trabajar con sustancias corrosivas, utiliza guantes de goma y extrema la precaución . tapón de goma NH3 concentrado pipeta o cuentagotas HCℓ concentrado tubo de vidrio CO2 NH3 HCℓ NH4Cℓ Conclusiones Conclusiones 135 2. La presión atmosférica ¿Puede matarte una burbuja en el suero? V E R D A D O MENTI RA ? 13 ¿Cómo tiene que estar colocado el recipiente de suero para que su presión sea mayor que la presión sanguínea? 14 Si nos hacemos un corte en la piel, ¿qué podría ocurrir si la presión atmosférica fuese mayor que la presión sanguínea? 1 2 4 3 5 7 6 En alguna ocasión habrás visto en series de televisión o leído en alguna novela que un asesino acaba con la vida de su víctima inyectándole aire en las venas. Cuando se introduce aire en el sistema circulatorio se puede produce una embolia gaseosa . Por ello, para que un líquido entre en la corriente sanguínea debe tener una presión mayor que la de la sangre circulando. Esto se consigue colocando el suero a una cierta altura por encima de nuestro cuerpo. … para que se produzca una embolia gaseosa se necesita más cantidad de aire que la que cabe en las jeringas y sistemas de goteo. Por eso es posible que, cuando nos van a sacar sangre, nos preocupe que entre un poco de aire, o que cuando nos tienen que poner suero o alguna medicación a través de una vía intravenosa , nos preocupe que se acabe el líquido de la bolsa y comience a entrar aire. Cuando te cortas o te pinchas, sangras. Pero nunca notarás que tu cuerpo, al abrirse la piel , succione aire. Esto es así porque la presión sanguínea es mayor que la presión que rodea tu cuerpo, la presión atmosférica . Cuando el suero se acaba o la altura disminuye, la presión sanguínea es mayor que la del aire que ha quedado. Por eso podemos apreciar en la vía un poco de sangre que ha salido. Pero, además, … ¡No hay peligro! Una burbuja en el suero no es mortal. Y las bombas de infusión cuentan con un sistema de apagado de seguridad . ¿Por qué estas situaciones no te van a producir una embolia gaseosa? 40 Experimenta y lleva a cabo prácticas sencillas. Resuelve estos procedimientos aplicando lo aprendido. Aprende los saberes básicos a partir de textos claros y de toda la potencia del lenguaje visual: gráficas, esquemas, infografías…. Masa 9,11 ? 10-31 kg Carga -1,6 ? 10-19 C Electrón Masa 1,675 ? 10-27 kg Carga 0 Neutrón Masa 1,673 ? 10-27 kg Carga +1,6 ? 10-19 C Protón La unidad para la carga eléctr ica en el SI se l lama cu lombio (C). 2. Las partículas que forman los átomos R E T O 7 ¿Qué masa tienen las partículas que forman los átomos? ¿Cuáles tienen una masa mayor? 8 ¿Tienen carga eléctrica estas partículas? ¿Cómo puede ser que los átomos sean neutros? 9 ¿Crees que el tamaño de las partículas del átomo dificultó el estudio de la energía nuclear en comparación con otras fuentes de energía, como la eólica o la hidráulica? ¿Por qué? 2.1. Propiedades de las partículas que forman los átomos En 1932 se descubr ió que en el núcleo de los átomos hay una pa r t ícu la que no tiene carga eléctr ica ; se la l lamó neutrón. Distintas investigaciones permitieron conocer la masa y la carga eléctrica de las partículas presentes en el átomo. Comparando la masa del protón y el electrón , obtenemos: , , ? ? m m 9 11 10 1 673 10 1836 kg kg ó ó electr n prot n 31 27 = = - - " mprotón = 1836 ? melectrón La masa del protón es muy pa recida a la del neutrón. La masa del electrón es much ísimo menor que la del protón y el neutrón. La ca rga del electrón es ig ua l que la del protón, pero de sig no contra r io. El átomo es neutro, por eso debe tener el mismo número de protones que de electrones. El número de neutrones es simi la r a l de protones, pero no t iene por qué ser ig ua l . La masa del protón es 1836 veces mayor que la masa del electrón , así como la masa de una jirafa es aproximadamente 1836 veces mayor que la de una cobaya . Toda la materia que nos rodea está formada por átomos. 86 LOS SABERES BÁSICOS 4
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