PROGRAMACIÓN DE AULA · Web viewLes activitats permeten posar en pràctica procediments i...

Programació d’aula de Física i Química 1 Batxillerat

www.edebedigitalcom

1

Programació d’aula de Física i Química Batxillerat

PROGRAMACIÓ D'AULAFÍSICA I QUÍMICA 1 BATXILLERAT

Unitats del llibre de l'alumne

1. EL MÈTODE CIENTÍFIC. MAGNITUDS I UNITATS

FÍSICA2. MOVIMENT3. ESTUDI DELS MOVIMENTS4. FORCES5. INTERACCIONS FONAMENTALS6. DINÀMICA7. TREBALL I ENERGIA8. ENERGIA TÈRMICA9. CORRENT ELÈCTRIC

QUÍMICA10. LA MATÈRIA11. ESTRUCTURA DE L'ÀTOM. SISTEMA PERIÒDIC12. FORMULACIÓ I NOMENCLATURA INORGÀNIQUES13. ENLLAÇ QUÍMIC14. REACCIONS QUÍMIQUES15. TERMOQUÍMICA, CINÈTICA I EQUILIBRI16. COMPOSTOS DEL CARBONI

www.edebedigital.com

2


PROGRAMACIÓ D'AULAFÍSICA I QUÍMICA 1 BATXILLERAT

UNITAT DIDÀCTICA 1: El mètode científic. Magnituds i unitats

Objectius didàctics Distingir els aspectes fonamentals del treball científic. Reconéixer la importància de les etapes del treball científic. Apreciar l'experimentació com una etapa essencial de la investigació en la ciència moderna. Comprendre la finalitat de les ciències que estudien la natura i, especialment, de la Física i la

Química. Distingir les diferents classes de magnituds físiques. Conéixer i apreciar les magnituds i les unitats fonamentals del Sistema Internacional d'unitats. Utilitzar la notació científica en l'expressió de quantitats i en les seues operacions. Manejar habitualment els factors de conversió per a la transformació d'unitats. Reconéixer que totes les quantitats obtingudes per mesurament experimental contenen algun

error. Conéixer l'origen dels errors experimentals. Saber calcular l'error absolut i l'error relatiu a partir de les seues definicions. Descartar les xifres no significatives en l'expressió de les magnituds mesurades i en els resultats

de les operacions. Calcular l'error absolut i l'error relatiu en una mesura o en una sèrie de mesures. Apreciar i valorar la importància del treball científic i els seus efectes en el desenvolupament

tecnològic i social.

ContingutsConceptes El mètode científic. Ciències de la natura: Física i Química. Les magnituds físiques i la seua mesura. Sistema d'unitats. Concepte de notació científica. Errors experimentals: fonts d'error. Error absolut i error relatiu. Concepte de xifres significatives. Mesures experimentals.

Procediments Expressió de les dimensions d'una magnitud derivada. Expressió de quantitats molt grans o molt xicotetes en notació científica.

www.edebe.com

3


Determinació i expressió de l'error absolut i l'error relatiu. Transformació d'unitats mitjançant factors de conversió. Expressió d'una mesura experimental. Expressió d'una sèrie de mesures experimentals. Aplicació del mètode científic en la resolució de problemes i qüestions de la vida quotidiana.

Actituds, valors i normes Reconeixement i valoració de les comunicacions científiques com a mitjà de divulgació dels

avenços científics. Valoració de la importància dels models científics i de la seua provisionalitat com a base del

caràcter no dogmàtic i canviant de la ciència. Reconeixement de la influència de la ciència en el desenvolupament de la humanitat.

Activitats d’aprenentatge Els objectius mostren la intenció de la unitat. Es presenten perquè l'alumne/a sàpia què és el que

haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta: Es recorden els conceptes de magnituds directament proporcionals i inversament proporcionals,

vector, mitjana aritmètica i desviació típica. Les activitats permeten posar en pràctica procediments i habilitats apresos anteriorment. Es

proposa un exercici per a practicar les operacions amb potències, la determinació del valor absolut de números reals i l'arredoniment de números racionals.

En la unitat podem distingir cinc grans blocs: El mètode científic, Les magnituds físiques i la seua mesura, Càlculs numèrics, Errors experimentals i Mesures experimentals.

1. El mètode científic (pàg. 6 i 7) La unitat comença amb la descripció de les etapes del mètode científic i mostra un exemple real

de cada una d'elles. Seguidament, es classifiquen les ciències de la natura en Física i Química i s'enuncia, a grans trets, de quina manera s'apliquen les etapes del mètode científic al seu estudi.

Els exercicis de la pàgina 7 del llibre de l'alumne es plantegen amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

2. Les magnituds físiques i la seua mesura (pàg. 8 i 9) Es defineix la magnitud física com una propietat que un cos posseeix en una determinada

quantitat i que és mesurable. A continuació, s'introdueix la necessitat d'un sistema internacional d'unitats, es presenta la taula de magnituds i unitats bàsiques del SI i es planteja un exemple de la manera d’obtenir les magnituds derivades. Finalment, mitjançant un exemple concret, es mostra com s'expressen de manera simbòlica les dimensions d'una magnitud derivada i es resol l'exemple 1 per a aplicar aquest procediment.

Els exercicis de la pàgina 9 del llibre de l'alumne es plantegen amb la finalitat de consolidar i posar en pràctica els continguts de l'apartat.

3. Càlculs numèrics (pàg. 10 i 11) La finalitat d’aquest apartat és recordar el concepte de notació científica, aplicar-la per a

expressar mesures i quantitats molt grans o molt xicotetes (exemples 2 i 3) i repassar el procediment de transformació d'unitats mitjançant l'ús de factors de conversió (exemple 4).


4



4. Errors experimentals (pàg. 12 i 13) Mitjançant un exemple concret, es raona per què totes les quantitats obtingudes per mesurament

experimental contenen algun error, es defineixen i s’exemplifiquen les diferents fonts d'error en efectuar un mesurament i, finalment, s'introdueixen els conceptes d'error absolut i d'error relatiu. Mitjançant els exemples 5 i 6 es descriu el procediment per a determinar-los. A continuació, es planteja la necessitat d'expressar els resultats de les mesures experimentals amb les seues xifres significatives i es defineixen aquestes amb diferents exemples. Finalment, es presenten les regles per a operar amb xifres significatives.


5. Mesuraments experimentals (pàg. 14 a 17) En l'últim apartat de la unitat es treballen els conceptes d'exactitud i precisió i es classifiquen els

resultats d'un experiment segons que el mètode siga exacte i precís, exacte però no precís, no exacte però precís, o bé ni exacte ni precís. Finalment, s'indica el procediment per a expressar una mesura experimental i una sèrie de mesures experimentals, i es proposen els exemples corresponents (exemples 7 i 8).

A més dels exercicis de les pàgines 15, 16 i 17 del llibre de l'alumne, que es plantegen amb la finalitat de consolidar i posar en pràctica els continguts de l'apartat, podria resultar útil que els alumnes manipulen instruments de precisió, com ara cronòmetres, peus de rei... Això els donarà l'oportunitat de reflexionar al voltant de la utilitat dels continguts tractats en aquesta unitat didàctica.

En Ciència i societat (pàg. 18) es treballa l'ensenyament transversal Educació per a la pau. Es tracta d'una reflexió sobre la necessitat de comunicar els avenços i descobriments d’una manera ràpida i clara amb la finalitat d’estendre el desenvolupament científic a tota la humanitat.

El professor pot completar el treball d'aquest apartat plantejant l'exercici 62 de la pàgina 21 del llibre de l'alumne.

En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 19 i 20) es pretén que l'alumne/a aprofundisca i adquirisca destresa en la resolució d'exercicis i problemes a partir de l'observació de models i la posada en pràctica posterior de les tècniques apreses. Amb aquesta finalitat proposem:

Expressar la unitat de densitat en el SI. Expressar mesures amb les seues xifres significatives i, a continuació, efectuar-ne càlculs. Aplicar factors de conversió en la resolució d'un problema. Calcular i expressar l'error absolut i l'error relatiu d'una mesura. Calcular el valor mitjà i la desviació típica d'una sèrie de mesures i expressar els resultats amb

les seues xifres significatives. En Exercicis i problemes (pàg. 21) s'inclou una sèrie d'exercicis i problemes per a comprovar i

consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis van acompanyats de la solució per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Pràctiques de laboratori Per al treball experimental, i amb la finalitat que l'alumne/a aplique el mètode científic, es

recomana dur a terme les pràctiques de laboratori proposades en el quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

www.edebe.com

5


Activitats d’avaluació Respondre qüestions del tipus: Com treballen els científics? En quina fase del mètode científic

s'emeten les hipòtesis?... Distingir entre observació i experimentació, hipòtesi i teoria. Elaborar un guió per a desenvolupar un treball científic. Resoldre l'exercici 46 de la pàgina 21 del llibre de l'alumne per a comprovar si mostra destresa i

tranquil·litat en la representació gràfica de dades i en la interpretació d'aquestes. Esmentar tres fenòmens físics i tres fenòmens químics i identificar-ne les característiques. Identificar les magnituds físiques que apareixen en un llistat de propietats. Classificar una sèrie de magnituds segons si són escalars o vectorials. Descriure les característiques d'una unitat. Utilitzar correctament les unitats del SI i manifestar una actitud de reflexió davant les pròpies

capacitats relacionades amb la transformació d'unitats i l'ús de factors de conversió. Per a fer-ho:

Expressar en unitats del SI: 1 microsegon, 12 megawatts, 1 000 terajoules, 0,56 micròmetres. Resoldre l'exercici 51 de la pàgina 21 del llibre de l'alumne. Resoldre l'exercici 49 de la pàgina 21 del llibre de l'alumne per a comprovar la destresa en l’ús

de la notació científica. Explicar el significat d'error absolut i error relatiu, i resoldre l'exercici 61 de la pàgina 21 del

llibre de l'alumne. Posar dos exemples d'errors de resolució, altres dos d'errors accidentals i altres dos d'errors

sistemàtics. Resoldre l'exercici 23 de la pàgina 13 del llibre de l'alumne per a comprovar la destresa en l’ús

de les xifres significatives. Buscar bibliografia relacionada amb algun tema d'actualitat (elaboració de materials de demanda

tecnològica), presentar un informe de manera adequada i exposar-lo a classe. Recollir durant 15 dies notícies científiques aparegudes en els mitjans de comunicació (premsa,

ràdio, televisió...) i comentar a classe la relació de cada notícia amb la vida quotidiana. Mostrar una actitud oberta davant altres opinions en participar en un col·loqui al voltant de la

influència en la societat, al llarg de la història, de la divulgació de la ciència i els avantatges i els inconvenients de la ràpida comunicació dels avenços científics.

Mostrar interés per participar en les tasques del propi grup de treball i manifestar una actitud responsable davant el treball individual.


6


UNITAT DIDÀCTICA 2: Moviment

Objectius didàctics Comprendre la necessitat d'un sistema de referència per a analitzar un moviment. Distingir si un cos està en repòs o en moviment respecte d’un determinat sistema de referència. Comprendre que el moviment és relatiu. Utilitzar les expressions vectorials en l'estudi del moviment dels cossos. Identificar la trajectòria d'un moviment. Determinar la posició d'un mòbil mitjançant el seu vector de posició i expressar-lo correctament. Conéixer i utilitzar l'equació del moviment d'un cos. Dibuixar la trajectòria d'un mòbil i determinar-ne l’equació. Calcular el vector desplaçament a partir dels vectors de posició de dos punts. Diferenciar el vector desplaçament i la distància recorreguda. Comprendre el significat físic de les magnituds velocitat i acceleració, tant mitjanes com

instantànies. Identificar com a vectors les magnituds velocitat i acceleració, tant mitjanes com instantànies. Determinar la velocitat mitjana i instantània d'un mòbil a partir del seu vector de posició. Distingir entre rapidesa o celeritat mitjana i velocitat mitjana. Comprendre el significat físic de rapidesa o celeritat. Trobar l'acceleració mitjana i l'acceleració instantània d'un mòbil a partir de la seua velocitat. Comprendre el significat físic de les components intrínseques de l'acceleració i calcular-les.

ContingutsConceptes Concepte de moviment. Relativitat del moviment. Trajectòria, vector de posició i vector desplaçament. Velocitat mitjana. Velocitat instantània. Rapidesa o celeritat mitjana. Rapidesa o celeritat. Acceleració mitjana. Acceleració instantània. Components intrínseques de l'acceleració.

Procediments Representació d'un punt en un sistema de coordenades. Expressió analítica d'un vector. Representació gràfica de vectors. Realització d’operacions amb magnituds vectorials.

www.edebe.com

7


Resolució d'exercicis i problemes per a determinar la posició, la velocitat i l'acceleració d'un mòbil.

Actituds, valors i normes Reconeixement de les aplicacions de la cinemàtica en diferents àmbits de la vida quotidiana. Valoració del llenguatge matemàtic com una eina per a representar i manipular la informació. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta: Es recorden les unitats del SI per a les magnituds relacionades amb el moviment, i també la

diferència entre magnituds escalars i magnituds vectorials. També es repassen els elements d'un vector.

Es proposen activitats que permeten posar en pràctica coneixements adquirits anteriorment, com ara representar alguns punts en un sistema de coordenades cartesianes o comparar velocitats expressades en diferents unitats.

En la unitat podem distingir quatre grans blocs: Concepte de moviment, Trajectòria, posició i desplaçament, Velocitat mitjana i velocitat instantània, i Acceleració mitjana i acceleració instantània.

Concepte de moviment (pàg. 26 i 27) La unitat comença amb l'explicació dels conceptes de sistema de referència i de moviment,

mostrant exemples gràfics de sistemes de referència en una, dues i tres dimensions. A continuació, s'explica per què diem que el moviment és relatiu. Finalment, s'exposen les característiques fonamentals dels vectors.

Els exercicis de les pàgines 26 i 27 del llibre de l'alumne es plantegen amb objecte de consolidar els continguts de l'apartat.

Trajectòria, posició i desplaçament (pàg. 28 i 29) A partir de la representació de la trajectòria d'un mòbil, es dibuixen i es defineixen els conceptes

de vector de posició i vector desplaçament, i es proposa un exemple resolt (exemple 1) per a analitzar quines característiques d'un moviment es poden extraure de l'equació del moviment.

Els exercicis de la pàgina 29 del llibre de l'alumne es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat.

Velocitat mitjana i velocitat instantània (pàg. 30 a 32) A partir de la representació de la posició d'un mòbil en dos instants de temps determinats sobre

un sistema de referència, s'expliquen i diferencien les magnituds velocitat mitjana i rapidesa mitjana, i es proposen exemples resolts per a calcular aquestes magnituds en determinats moviments (exemple 2 i exemple 3). A continuació, s'introdueix la velocitat instantània, es diferencia aquesta de la celeritat o rapidesa i es proposa un exemple resolt per a calcular aquestes magnituds en un moviment (exemple 4).


Acceleració mitjana i acceleració instantània (pàg. 33 a 35)


8


D’una manera semblant a la de l'apartat anterior, s'introdueixen els conceptes d'acceleració mitjana i acceleració instantània a partir de la representació de la posició d'un mòbil en dos instants de temps determinats i es proposa un exemple resolt per a calcular l'acceleració instantània d'un moviment (exemple 5). A continuació, s'analitza el significat de les components intrínseques de l'acceleració: normal i tangencial, i es proposen dos exemples resolts (exemples 6 i 7) que relacionen l'acceleració instantània amb les seues components intrínseques.


En Ciència i societat (pàg. 36) s'estudien algunes situacions reals relacionades amb el moviment perquè els alumnes reflexionen al voltant de les aplicacions de la cinemàtica en la societat.

— Es mostra l'equivalència entre les milles marines i les unitats del SI, i es fa el mateix per a les milles terrestres i els nucs. S'efectuen algunes conversions entre aquestes unitats i se’n proposen altres.

— Es planteja si l'expressió direcció prohibida està ben utilitzada, des del punt de vista físic, per a designar el conegut senyal de trànsit.

— Es proposen, a manera d'endevinalla, qüestions relacionades amb el valor constant o nul de la velocitat i de l'acceleració.

En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 37 a 39) es pretén que l'alumne/a aprofundisca i adquirisca destresa en la resolució d'exercicis i problemes a partir de l'observació de models i la posada en pràctica posterior de les tècniques apreses. Amb aquesta finalitat proposem:

— Deduir algunes propietats d'un moviment a partir del seu vector de posició en funció del temps.— Calcular la velocitat mitjana i la rapidesa mitjana d'un mòbil entre diferents punts del seu

recorregut i calcular les components intrínseques de l'acceleració en aquest mateix moviment.— Deduir l'acceleració mitjana, l'acceleració instantània i les components intrínseques de

l'acceleració d'un moviment a partir del seu vector velocitat en funció del temps. En Exercicis i problemes (pàg. 40 i 41) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i


Activitats d’avaluació Determinar la posició d'un mòbil respecte d’un sistema de referència en diferents instants de

temps i dibuixar-ne aproximadament la trajectòria. Raonar si el moviment depén del sistema de referència escollit. Definir què s’entén per trajectòria d'un mòbil. Distingir entre vector desplaçament i distància recorreguda. Explicar la diferència entre velocitat mitjana i velocitat instantània. Calcular la velocitat mitjana, la rapidesa mitjana i l'acceleració mitjana entre dos instants d'un

moviment. Calcular la velocitat instantània, la rapidesa i l'acceleració instantània d'un mòbil a partir del seu

vector de posició en funció del temps. Explicar el significat de les components intrínseques de l'acceleració. Posar un exemple de moviment on l'acceleració tangencial siga nul·la i un altre on l'acceleració

normal siga nul·la.

www.edebe.com

9


Utilitzar correctament les unitats del SI i emprar factors de conversió per a canviar les unitats d'una mesura.


10


UNITAT DIDÀCTICA 3: Estudi dels moviments

Objectius didàctics Comprendre les característiques fonamentals del moviment rectilini uniforme (MRU) i del

moviment rectilini uniformement accelerat (MRUA). Conéixer i utilitzar adequadament les unitats del SI de les magnituds que caracteritzen els

moviments: posició i distància (m), temps (s), velocitat (m/s) i acceleració (m/s2). Utilitzar les equacions del MRU i del MRUA per a determinar la posició, la velocitat i

l'acceleració d'un mòbil. Representar i interpretar els gràfics del MRU i del MRUA. Interpretar els moviments verticals d'ascens i descens dels cossos com un MRUA l’acceleració

del qual és la de la gravetat. Analitzar un moviment compost per dos MRU perpendiculars, descompondre’l en aquests

moviments i utilitzar les equacions del MRU per a calcular-ne la posició i la velocitat. Analitzar un moviment parabòlic, descompondre’l en un MRU i en un MRUA, i utilitzar les

equacions del MRU i del MRUA per a calcular-ne la posició, la velocitat i els seus paràmetres característics: temps de moviment, abast i altura màxima.

Conéixer i utilitzar adequadament les magnituds pròpies dels moviments circulars: angle girat, velocitat angular i acceleració angular.

Conéixer les equacions del moviment circular uniforme (MCU) i del moviment circular uniformement accelerat (MCUA) i la seua similitud amb les equacions dels moviments rectilini uniforme i rectilini uniformement accelerat.

Utilitzar les equacions del MCU i del MCUA per a determinar l'angle girat per un mòbil, la velocitat angular i l’acceleració angular.

Analitzar i identificar l'excés de velocitat i la transgressió de les normes de circulació com a causes dels accidents de trànsit.

ContingutsConceptes Moviment rectilini uniforme (MRU). Moviments amb acceleració constant. Moviment rectilini uniformement accelerat (MRUA). Moviments compostos. Moviment parabòlic. Moviment circular uniforme (MCU). Moviment circular uniformement accelerat (MCUA).

Procediments Expressió de l'equació del moviment d'un MRU i d'un MRUA. Representació gràfica de la velocitat i de la posició en funció del temps per a un MRU i per a un

MRUA. Composició de moviments. Expressió de la velocitat i la posició en moviments compostos.

www.edebe.com

11


Expressió de la velocitat angular i de l'angle girat en un MCU i en un MCUA. Resolució d'exercicis i problemes relatius a l'estudi de diferents tipus de moviments.

Actituds, valors i normes Educació viària: reconeixement de la importància de mantenir la distància mínima de seguretat

entre vehicles i de vigilar el bon estat dels frens per a evitar accidents. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta:— Es recorden els conceptes principals relacionats amb l'estudi d'un moviment: trajectòria, sistema

de referència, vector de posició, vector desplaçament, velocitat i acceleració.— Es proposen activitats que permeten posar en pràctica coneixements adquirits anteriorment, com

ara calcular els vectors velocitat mitjana i velocitat instantània d'un moviment a partir del seu vector de posició, en funció del temps; calcular els vectors acceleració mitjana i acceleració instantània d'un moviment a partir del seu vector velocitat, en funció del temps; i determinar les components intrínseques de l'acceleració d'un mòbil del qual es coneix com varia la seua velocitat.

En la unitat podem distingir quatre grans blocs: Moviment rectilini uniforme, Moviments amb acceleració constant, Composició de moviments i Moviment circular.

Moviment rectilini uniforme (pàg. 44 i 45) La unitat comença amb la descripció del moviment rectilini uniforme (MRU) a partir d'una

figura que representa les distàncies recorregudes per un ciclista en intervals regulars de temps. Aquesta descripció inclou l'equació del moviment i els gràfics de la velocitat i la posició en funció del temps. Un exemple resolt (exemple 1) proposa trobar la posició i l'instant en què es troben dos vehicles que efectuen un MRU.


Moviments amb acceleració constant (pàg. 46 a 51) S'hi il·lustren alguns exemples de moviments amb acceleració constant i es dedueixen les

equacions de la velocitat i l'acceleració d'aquest tipus de moviments. A continuació, es descriu el moviment rectilini uniformement accelerat (MRUA) a partir d'una

figura que representa les distàncies recorregudes per un avió en intervals regulars de temps durant l’envol. Aquesta descripció inclou l'equació del moviment i els gràfics de la velocitat i la posició en funció del temps. Un exemple resolt (exemple 2) proposa trobar la distància recorreguda per un cotxe en un desplaçament i la seua velocitat final.

Finalment, s'estudia el moviment vertical dels cossos com un MRUA d’interés particular, distingint-hi tres casos: llançament vertical cap a baix, caiguda lliure i llançament vertical cap a dalt. Diversos exemples resolts proposen trobar alguns paràmetres, com ara la posició, la velocitat i el temps transcorregut en un llançament vertical cap a dalt (exemple 3) i en un llançament vertical cap a baix (exemple 4), o representar gràficament la posició de dos objectes que efectuen un MRUA i determinar la posició i l'instant en què es troben (exemple 5).


12


Es plantegen els exercicis de les pàgines 48 i 51 del llibre de l'alumne amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

Composició de moviments (pàg. 52 a 55) Es mostren exemples de moviments habituals a la natura que són una combinació de dos o més

moviments simples, i s'explica la manera de procedir per a analitzar el moviment en aquests casos. En particular, s'estudien dos moviments compostos d'especial interés:

— S'il·lustra el moviment compost per dos MRU perpendiculars mitjançant el moviment d'una barca que travessa un riu sotmesa al corrent de l'aigua i se’n determinen la velocitat, la posició i l'equació de la trajectòria. Un exemple resolt (exemple 6) proposa trobar la velocitat de la barca, el temps que tarda a travessar el riu i la distància que recorre.

— S'analitza el moviment parabòlic com un moviment compost per un MRU horitzontal i un MRUA vertical, i s'explica la manera de procedir per a trobar la velocitat i la posició d'aquest tipus de moviment. També se n'analitzen els paràmetres característics: temps de moviment, abast i altura màxima. Un exemple resolt (exemple 7) proposa trobar aquests paràmetres característics per a un projectil llançat des del punt més alt d'un penya-segat.

Els exercicis de la pàgina 55 del llibre de l'alumne serveixen per a consolidar els continguts de l'apartat.

Moviment circular (pàg. 56 a 59) A partir del gir d'una sénia, s'introdueixen les magnituds angulars: velocitat angular i acceleració

angular, tant mitjanes com instantànies, i es relaciona la velocitat angular amb la velocitat lineal.

A continuació, a partir d'una figura que representa els angles girats per un disc en un tocadiscos en intervals regulars de temps, es descriu el moviment circular uniforme (MCU) i es dedueix l'equació del moviment. Un exemple resolt (exemple 8) proposa trobar la velocitat angular, la velocitat lineal d'un punt de la perifèria i el nombre de voltes donades per un disc que gira amb MCU.

A continuació, i a partir d'una figura que representa els angles girats per la roda d'un cotxe en intervals regulars de temps a partir del moment en què aquest comença a desplaçar-se, es descriu el moviment circular uniformement accelerat (MCUA) i es dedueixen les equacions de la velocitat angular i de l'angle girat. Un exemple resolt (exemple 9) proposa determinar la velocitat angular inicial, el nombre de voltes donades i les components intrínseques de l'acceleració d'un punt de la perifèria d'un volant que gira i és detingut per un fre.

Es plantegen els exercicis de la pàgina 59 del llibre de l'alumne per a consolidar els continguts de l'apartat.

En Ciència i societat (pàg. 60) es treballen continguts relacionats amb l'ensenyament transversal Educació viària:

— S'analitzen algunes causes dels accidents de trànsit.— S'estudien la distància de parada d'un vehicle i els factors dels quals depén.— S'insisteix en la importància de mantenir la distància mínima de seguretat entre vehicles per a

evitar accidents. En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 61 a 63) es pretén que l'alumne/a aprofundisca i

adquirisca destresa en la resolució d'exercicis i problemes a partir de l'observació de models i la posada en pràctica posterior de les tècniques apreses. Amb aquesta finalitat proposem:

— A partir d'un gràfic que representa les diferents etapes d'un moviment, determinar-ne el tipus, l'acceleració i la distància recorreguda en cada tram.

www.edebe.com

13


— En el cas d'una pilota que ha sigut xutada des del sòl amb una velocitat i inclinació determinades, esbrinar si superarà un mur situat a una determinada distància, si xocarà amb ell o si caurà a terra abans d'arribar a aquest mur. Calcular també l'altura a la qual xoca amb el mur (si impacta amb ell) o bé l'abast de la pilota (en cas contrari).

— Trobar la velocitat angular de les rodes d'una furgoneta, la seua acceleració angular i el nombre de voltes que donen en un temps determinat, en el cas que la furgoneta circule amb velocitat constant durant una primera etapa i després accelere en una segona etapa.

En Exercicis i problemes (pàg. 64 i 65) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis van acompanyats de la solució per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Pràctiques de laboratori Per al treball experimental i com a complement dels continguts procedimentals i actitudinals, es

recomana la realització de la pràctica Caiguda d'una bola per un pla inclinat del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

Activitats d’avaluació Comparar els moviments rectilini uniforme (MRU) i rectilini uniformement accelerat (MRUA) i

analitzar-ne les semblances i diferències. Trobar el vector de posició en funció del temps per a un mòbil que es troba a 20 m de l'origen de

coordenades i que s'hi acosta amb una velocitat constant de 4 m/s. Representar el gràfic posició-temps del moviment.

Calcular la velocitat i l'acceleració finals d'un motorista que parteix del repòs i durant 5 s manté una acceleració constant de 5 m/s2. Representar els gràfics velocitat-temps i posició-temps del moviment.

Determinar quin tipus de moviment realitzen els cossos següents: a) una bala quan la deixem caure lliurement des d'una determinada altura; b) la moneda llançada verticalment cap a dalt per l'àrbitre d'un partit de futbol en el sorteig de camp.

Determinar si una motora que desenvolupa una velocitat de 72 km/h, situada a 12 m de la vora del riu i a 9 m de la vora d'una cascada, aconseguirà guanyar la vora del riu si la velocitat del corrent és de 4 m/s.

Resoldre els exercicis 54, 55, 56, 57 i 58 de la pàgina 65 del llibre de l'alumne/a per a comprovar si l'alumne és capaç de determinar diferents paràmetres en un moviment parabòlic.

Trobar la velocitat lineal d'un punt de la perifèria i el nombre de voltes efectuades en 15 min per les aspes d'un molí si aquestes tenen 10 m de longitud i fan 12 voltes per minut.

Calcular l'acceleració angular d'un disc que augmenta la velocitat angular de 10 rpm a 45 rpm en 0,5 s.

Esmentar tres causes freqüents dels accidents de trànsit i proposar alternatives per a evitar-los.


14


UNITAT DIDÀCTICA 4: Forces

Objectius didàctics Comprendre el concepte de força i els seus efectes sobre els sòlids deformables i els sòlids

rígids. Reconéixer el caràcter vectorial de les forces. Expressar vectorialment les forces. Conéixer i manejar les unitats de força més usuals: el newton (N) i el kilopond (kp). Conéixer la llei de Hooke i ser capaç de relacionar l'allargament d'un cos elàstic amb la força

que s’hi aplica. Comprendre el concepte de força resultant d'un sistema de forces. Calcular la resultant d'un sistema de forces concurrents en diferents situacions. Descompondre cada una de les forces d'un sistema en dues components de direccions

perpendiculars per a trobar-ne la resultant. Calcular analíticament la resultant de dues forces paral·leles i el seu punt d'aplicació. Ser capaç de determinar gràficament el punt d'aplicació de la resultant de dues forces paral·leles. Distingir el moviment de translació i el moviment de rotació dels cossos. Comprendre el concepte de moment d'una força i la seua importància com a magnitud

característica de les rotacions. Calcular el moment d'una força i el moment resultant d'un sistema de forces respecte a un punt. Comprendre el concepte de parell de forces i calcular el moment d'un parell de forces. Conéixer les condicions generals de l'equilibri estàtic per a determinar quan un sistema es troba

en aquest estat. Valorar la importància del coneixement de les forces en el desenvolupament de l'arquitectura.

ContingutsConceptes Concepte de força. Efectes de les forces sobre diferents tipus de sòlids. Elements d'una força. Llei de Hooke. Moviments de translació i de rotació. Moment d'una força. Parell de forces. Moment d'un parell de forces. Equilibri estàtic.

Procediments Composició de forces concurrents i de forces paral·leles. Càlcul analític de la força resultant d'un sistema de forces. Determinació gràfica del punt d'aplicació de la resultant.

www.edebe.com

15


Expressió de les magnituds físiques amb les seues unitats corresponents. Resolució d'exercicis i problemes relatius a les forces aplicades sobre un cos.

Actituds, valors i normes Educació moral i cívica: valoració de la importància del coneixement de les forces en el

desenvolupament i l'evolució de l'arquitectura. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta:— Es recorden els elements d'un vector i l'expressió analítica d'un vector en el pla.— Es proposen activitats que permeten posar en pràctica coneixements adquirits anteriorment, com

ara aplicar la regla del paral·lelogram per a sumar vectors de manera gràfica o aplicar el teorema de Pitàgores per a trobar el valor d'un costat d'un triangle rectangle coneguts els altres dos.

En la unitat podem distingir quatre grans blocs: Naturalesa de les forces, Força resultant d'un sistema, Les forces i el moviment de rotació i Condicions generals d'equilibri.

Naturalesa de les forces (pàg. 68 a 71) La unitat comença amb l'explicació del concepte de força i dels seus efectes sobre diferents tipus

de sòlids: sòlids rígids i sòlids deformables. A continuació, s'expliquen els elements d'una força i la seua unitat en el SI, i es proposa un exemple resolt (exemple 1) per a transformar les unitats d'una força de newtons a kiloponds, i viceversa.

A continuació, s'enuncia la llei de Hooke i se n'estableixen les condicions de validesa. Com una aplicació de la llei de Hooke, es proposen dos exemples resolts (exemple 2 i exemple 3) en els quals es calculen la constant elàstica d'una molla i la seua longitud quan està sotmesa a una força determinada.

Es proposen els exercicis de les pàgines 69 i 71 del llibre de l'alumne per a consolidar els continguts de l'apartat.

Força resultant d'un sistema (pàg. 72 a 76) A partir de l'exemple de dos gossos que arroseguen un trineu, cada un amb una força diferent,

s'introdueix el concepte de força resultant. A continuació, s'explica com cal determinar la força resultant d'un sistema de forces concurrents

(composició de forces concurrents) en diferents situacions: forces de la mateixa direcció, forces de diferent direcció i forces de direccions perpendiculars. Un exemple resolt (exemple 4) proposa trobar la resultant de dues forces amb la mateixa direcció i sentit contrari, i de dues forces perpendiculars.

A continuació, s'explica com cal determinar-ne la resultant d’una manera analítica. Per a fer-ho, es descompon cada força en dues components perpendiculars. L'exemple 5 proposa determinar la resultant (mòdul i direcció) de dues forces que actuen sobre una barca.

Després, s'explica com cal determinar la força resultant d'un sistema de forces paral·leles i el seu punt d'aplicació (composició de forces paral·leles) quan aquestes tenen el mateix sentit o quan tenen sentit contrari. Els exemples 6 i 7 proposen, respectivament, determinar el punt


16


d'aplicació i el mòdul de la resultant de dues forces del mateix sentit i de dues forces de sentit contrari.

Finalment, s'explica un procediment per a determinar de forma gràfica el punt d'aplicació de la resultant.

Els exercicis de les pàgines 74 i 76 del llibre de l'alumne tenen com a finalitat consolidar els continguts de l'apartat.

Les forces i el moviment de rotació (pàg. 77 a 79) Es distingeixen els dos tipus de moviment que pot realitzar un sòlid rígid: translació i rotació, i

s'introdueix la magnitud moment d'una força com aquella que mesura l'eficàcia d'una força en una rotació. També s'indica la manera de calcular el moment resultant en el cas que actuen diverses forces sobre un mateix cos. L'exemple 8 proposa determinar el moment resultant d'un sistema de forces que actua sobre un sòlid rígid.

A continuació, s'introdueixen els conceptes de parell de forces i moment d'un parell de forces. L'exemple 9 proposa calcular el mòdul del moment d'un parell de forces i representar-ne esquemàticament el vector.

Els exercicis de les pàgines 78 i 79 del llibre de l'alumne es plantegen amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

Condicions generals d'equilibri (pàg. 80) S'indiquen les condicions que ha de complir un cos per a trobar-se en equilibri estàtic i

s'il·lustren amb els exemples d'un llum i un quadre en aquesta situació. L'exemple 10 proposa determinar les tensions de les cordes que subjecten un cartell que es troba en equilibri estàtic.

Es proposen els exercicis de la pàgina 80 del llibre de l'alumne per a consolidar els continguts de l'apartat.

En Ciència i societat (pàg. 81) es destaca la importància del coneixement de les forces per a la construcció d'edificis i s'analitza com aquest fet va permetre l'evolució de l'arquitectura.


— Representar gràficament la força aplicada a una molla en funció de l'allargament d'aquesta i determinar, a partir del gràfic, la constant elàstica de la molla i la força necessària per a produir-hi un allargament determinat.

— Calcular el moment resultant d'un sistema de forces aplicades a una barra. En Exercicis i problemes (pàg. 84 i 85) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i


Activitats d’avaluació Explicar quins efectes produeix una força sobre un sòlid rígid i sobre un sòlid deformable. Expressar vectorialment diverses forces representades sobre un sistema de coordenades. Convertir en newtons les forces 34 kp, 5 kp i 100 kp. Convertir en kiloponds les forces 120 N,

49 N i 1 705,2 N. Resoldre els exercicis 40, 41 i 42 de la pàgina 84 del llibre de l'alumne per a comprovar si

l'alumne/a coneix la llei de Hooke i si és capaç de relacionar l'allargament d'un cos elàstic amb la força que s’hi aplica.

www.edebe.com

17


Determinar el mòdul i la direcció de la resultant de dues forces concurrents a partir d'un esquema gràfic d’aquestes.

Resoldre els exercicis 49, 50 i 51 de la pàgina 85 del llibre de l'alumne per a comprovar si l'alumne/a és capaç de determinar el mòdul de la resultant de dues forces paral·leles i el seu punt d'aplicació. Expressar gràficament el punt d'aplicació en aquests exercicis i comprovar que coincideix amb l'obtingut de manera analítica.

Esmentar els dos tipus de moviment que pot efectuar un sòlid rígid i explicar en què consisteixen.

Resoldre l'exercici 52 de la pàgina 85 del llibre de l'alumne per a comprovar que l'alumne/a és capaç de calcular el moment d'una força i el moment resultant d'un sistema de forces respecte a un punt.

Definir el concepte de parell de forces, explicar l'efecte d'un parell de forces sobre un sòlid rígid i posar-ne un exemple.

Dibuixar un esquema de les forces que actuen sobre un cos en equilibri estàtic i aplicar la primera condició de l'equilibri estàtic sobre el cos.

Buscar bibliografia relacionada amb diferents tipus de construccions arquitectòniques i redactar un informe que explique com ha evolucionat l'arquitectura pel que fa a la distribució de forces sobre una estructura.


18


UNITAT DIDÀCTICA 5: Interaccions fonamentals

Objectius didàctics Conéixer la naturalesa de les forces gravitatòries, elèctriques i magnètiques. Utilitzar la llei de gravitació universal per a calcular la força gravitatòria entre dos cossos. Comprendre el concepte de camp gravitatori i la seua relació amb la força gravitatòria, i calcular

la intensitat del camp gravitatori en un punt de l'espai. Reconéixer les característiques d'un camp gravitatori senzill mitjançant les seues línies de força. Comprendre la naturalesa del camp gravitatori de la Terra i calcular-ne la intensitat en un punt

de l'espai. Entendre el significat de pes d'un cos i calcular-lo a partir de la intensitat del camp gravitatori de

la Terra. Utilitzar la llei de Coulomb per a calcular les forces electrostàtiques exercides entre cossos

carregats elèctricament. Comprendre el concepte de camp elèctric i la seua relació amb la força elèctrica, i calcular la

intensitat del camp elèctric en un punt de l'espai. Reconéixer les característiques d'un camp elèctric senzill mitjançant les seues línies de força. Comprendre el concepte d'inducció magnètica i la seua relació amb la força magnètica. Calcular el valor de la força magnètica que experimenta una partícula carregada en moviment. Reconéixer les característiques d'un camp magnètic senzill mitjançant les seues línies de força. Reconéixer els diferents tipus de forces que es presenten en la natura i les seues característiques. Comprendre el concepte de camp de forces. Conéixer les semblances i diferències entre els camps gravitatori, elèctric i magnètic. Apreciar la importància de les decisions humanes en l'ús adequat o no dels avenços científics. Valorar críticament la manera com influeix la investigació espacial en el desenvolupament de la

tecnologia. Reconéixer els inconvenients que representa l'eliminació de residus en l'espai.

ContingutsConceptes Llei de gravitació universal. Camp gravitatori. Pes dels cossos. Llei de Coulomb. Camp elèctric. Camp magnètic. Forces fonamentals de la natura: gravitatòries, electromagnètiques, nuclears fortes i nuclears

febles. Camp de forces.

Procediments Representació de camps gravitatoris mitjançant les seues línies de força.

www.edebe.com

19


Electrització d'objectes per fregament i per influència. Representació de camps elèctrics mitjançant les seues línies de força. Representació de camps magnètics mitjançant les seues línies d'inducció magnètica. Reconeixement de les analogies i les diferències entre el camp gravitatori i el camp elèctric. Reconeixement de les diferències entre el camp elèctric i el camp magnètic. Resolució d'exercicis i problemes relatius a forces gravitatòries, elèctriques i magnètiques.

Actituds, valors i normes Educació per a la pau: valoració de la influència de la investigació espacial en el

desenvolupament tecnològic. Valoració dels problemes que comporta la vida a l'espai exterior. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta:— Es recorden el concepte de força, la seua expressió vectorial, la seua unitat en el SI i el concepte

de resultant d'un sistema de forces.— Es proposen activitats que permeten posar en pràctica coneixements adquirits anteriorment, com

ara indicar els elements d'un vector força sobre un esquema; explicar el significat de magnituds inversament proporcionals i posar-ne un exemple; calcular el pes d'una persona a la Terra i a la Lluna; investigar el valor de la càrrega elèctrica del protó i de l'electró; i esbrinar l'existència de partícules carregades amb una càrrega elèctrica menor.

En la unitat podem distingir quatre grans blocs: Forces gravitatòries, Forces elèctriques, Forces magnètiques i Les forces fonamentals de la natura.

Forces gravitatòries (pàg. 88 a 92) La unitat comença amb la descripció de les forces de naturalesa gravitatòria i l'enunciat de la llei

de gravitació universal, l’aplicació de la qual es mostra en un exemple resolt (exemple 1). A continuació, s'introdueixen els conceptes de camp gravitatori, intensitat de camp i línies de

força. Els exemples 2 i 3 proposen determinar els camps gravitatoris creats per diferents masses i la força gravitatòria que actua sobre un cos.

Finalment, s'explica el concepte de pes d'un cos en el camp gravitatori de la Terra i es compara amb el concepte de pes conegut per l'alumne/a per a deduir que el camp gravitatori de la Terra coincideix amb l'acceleració de la gravetat. L'exemple 4 proposa calcular el pes d'un cos que es troba a una determinada altura sobre la superfície de la Terra.

Els exercicis de les pàgines 89, 91 i 92 del llibre de l'alumne es plantegen amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

Forces elèctriques (pàg. 93 a 95) Es justifica la qualitat d’alguns cossos d'atraure objectes lleugers després de ser fregats, gràcies a

l'electrització, i s'expliquen els dos procediments bàsics d'electrització: per fregament i per influència, il·lustrats amb exemples.


20


A continuació, s'enuncia la llei de Coulomb i es planteja un exemple resolt (exemple 5) que proposa comparar les forces electrostàtica i gravitatòria entre un protó i un electró, i determinar la distància que separa aquestes partícules en l'aigua quan la força electrostàtica pren un valor determinat.

Finalment, s'introdueixen els conceptes de camp elèctric, intensitat de camp i línies de força. L'exemple 6 proposa determinar el camp elèctric creat per una esfera carregada a una determinada distància del seu centre i la força que actua sobre una càrrega elèctrica situada en aquest punt. L'exemple 7 proposa determinar el valor del camp elèctric en el punt mitjà del segment que uneix dues càrregues elèctriques de signes oposats.

Es plantegen els exercicis de les pàgines 93, 95 i 97 del llibre de l'alumne per a consolidar els continguts de l'apartat.

Forces magnètiques (pàg. 98 i 99) Es descriuen les forces magnètiques exercides pels imants o els corrents elèctrics i s'introdueixen

els conceptes de camp magnètic, inducció magnètica i línies d'inducció magnètica. L'exemple 8 proposa dibuixar la força magnètica que exerceix un camp magnètic uniforme sobre un electró que hi penetra perpendicularment, i també calcular el mòdul d’aquesta força.

Es plantegen els exercicis de la pàgina 99 del llibre de l'alumne amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

Les forces fonamentals de la natura (pàg. 100 i 101) Es classifiquen les forces de la natura en quatre grans grups: gravitatòries, electromagnètiques,

nuclears fortes i nuclears febles, indicant-ne les característiques principals. A continuació, s'introdueix el concepte de camp de forces com una generalització dels camps gravitatori, elèctric i magnètic, ja estudiats. Finalment, s'estableixen, a manera de resum, les analogies i les diferències entre el camp gravitatori i el camp elèctric, i les diferències entre el camp elèctric i el camp magnètic.

Els exercicis de la pàgina 101 del llibre de l'alumne serveixen per a consolidar els continguts de l'apartat.

En Ciència i societat (pàg. 102) es treballa l'ensenyament transversal Educació ambiental, valorant críticament els avenços científics i tecnològics:

— S'estudia l'equipament que un astronauta ha de dur damunt en una eixida a l'exterior.— S'analitzen els problemes que comporta una situació d'ingravidesa per a l'ésser humà. En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 103 a 105) es pretén que l'alumne/a aprofundisca i

adquirisca destresa en la resolució d'exercicis i problemes a partir de l'observació de models i la posada en pràctica posterior de les tècniques apreses. Amb aquesta finalitat proposem:

— Calcular el camp gravitatori creat per dues masses en un punt determinat de l'espai, representar el camp gravitatori i trobar la força que actua sobre una tercera massa en situar-la en aquest punt.

— Calcular el camp elèctric creat per dues càrregues puntuals en un punt determinat de l'espai, representar el camp gravitatori i trobar la força que actua sobre una tercera càrrega en situar-la en aquest punt.

— Determinar el punt del segment que uneix dues càrregues elèctriques on el camp elèctric és nul. En Exercicis i problemes (pàg. 106 i 107) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i


www.edebe.com

21


Activitats d’avaluació Calcular la força d'atracció gravitatòria entre dos cossos de masses conegudes, separats per una

distància determinada. Determinar el camp gravitatori creat per un sistema de dues masses en un punt determinat de

l'espai i la força d'atracció gravitatòria que actuaria sobre una tercera massa en col·locar-la en aquest punt.

Dibuixar les línies de força del camp gravitatori per a una massa puntual i per a un sistema de dues masses puntuals iguals.

Explicar quina relació existeix entre el camp gravitatori de la Terra i el pes dels cossos. Calcular la força electrostàtica que s'exerceixen mútuament dues càrregues elèctriques separades

per una distància determinada. Determinar el camp elèctric creat per un sistema de dues càrregues elèctriques en un punt

determinat de l'espai i la força elèctrica que actuaria sobre una tercera càrrega en col·locar-la en aquest punt.

Dibuixar les línies de força del camp elèctric per a una càrrega puntual positiva, per a una càrrega puntual negativa, per a dues càrregues puntuals del mateix signe i per a dues càrregues puntuals de diferent signe.

Explicar què fa la busca imantada d'una brúixola en situar-la prop d'un fil pel qual circula un corrent elèctric i comentar per què passa això.

Calcular la força magnètica exercida sobre una càrrega elèctrica que es mou a una velocitat determinada a l'interior d'un camp magnètic uniforme quan la seua direcció forma un angle amb el vector inducció magnètica.

Dibuixar les línies d'inducció magnètica d'un imant recte. Esmentar un exemple de força que pertanya a cada un dels quatre grans grups de forces

fonamentals de la natura. Explicar el concepte de camp de forces i esmentar diversos exemples de camps. Identificar quins dels següents camps de forces són camps centrals: gravitatori, elèctric i

magnètic. Comentar documentació o textos, proporcionats pel professor/a, relacionats amb l'aplicació dels

avenços científics per a apreciar la importància de les decisions humanes en l'ús adequat o inadequat d’aquests avenços.

Debatre les aportacions de la investigació espacial a la societat actual i valorar-ne de forma crítica la influència sobre el medi ambient.


22


UNITAT DIDÀCTICA 6: Dinàmica

Objectius didàctics Comprendre que existeix una relació entre les forces aplicades a un cos i el moviment d'aquest, i

que del seu estudi se n'ocupa la Dinàmica. Comprendre la primera llei de Newton i el significat d'inèrcia dels cossos. Comprendre la segona llei de Newton i aplicar-la a l'estudi del moviment dels cossos. Comprendre la tercera llei de Newton i determinar les forces d'acció i reacció. Conéixer la magnitud moment lineal o quantitat de moviment i reconéixer que es conserva en

absència de forces exteriors. Conéixer la magnitud impuls d'una força i la seua relació amb la quantitat de moviment. Comprendre, a partir de la tercera llei de Newton, el significat de força normal i calcular-la en

diferents situacions. Conéixer l'existència de forces de fregament sobre els cossos i calcular-les en diferents

situacions a partir de la força normal. Aplicar les lleis de Newton a la resolució de problemes de cossos amb moviment rectilini, tant

en un pla horitzontal com en un pla inclinat. Aplicar les lleis de Newton a la resolució de problemes de sistemes de cossos enllaçats i de

cossos amb moviment circular. Apreciar la importància de les teories i els models científics al llarg de la història i valorar-ne

l’aportació a la comprensió de l'Univers.

ContingutsConceptes Primera llei de Newton o llei de la inèrcia. Segona llei de Newton o llei fonamental de la Dinàmica. Moment lineal o quantitat de moviment. Tercera llei de Newton o principi d'acció i reacció. Impuls d'una força. Teorema de l'impuls. Principi de conservació de la quantitat de moviment. Forces normals. Forces de fregament. Tensió d'una corda. Força centrípeta.

Procediments Localització de la força de reacció corresponent a una força d'acció determinada. Aplicació del teorema de l'impuls a la resolució de problemes de dinàmica. Aplicació del teorema de conservació de la quantitat de moviment a la resolució de problemes de

dinàmica. Resolució d'exercicis i problemes de dinàmica d'un cos.

www.edebe.com

23


Resolució d'exercicis i problemes de cossos enllaçats. Resolució d'exercicis i problemes de dinàmica del moviment circular.

Actituds, valors i normes Educació per a la pau: valoració de la importància dels models geocèntric i heliocèntric en la

comprensió de l'Univers. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta:— Es recorden el significat de les components intrínseques de l'acceleració i el seu valor, les

característiques dels moviments rectilini uniforme (MRU), rectilini uniformement accelerat (MRUA) i circular uniforme (MCU) i les seues equacions, i el concepte de pes d'un cos.

— Es proposen activitats que permeten posar en pràctica coneixements adquirits anteriorment, com ara explicar els efectes d'una força sobre un cos o buscar en el diccionari el significat de la paraula inèrcia.

En la unitat podem distingir tres grans blocs: Forces i moviment, Impuls i quantitat de moviment i Aplicacions de les lleis de Newton.

Forces i moviment (pàg. 110 a 113) La unitat comença exposant els objectius de la Dinàmica. Immediatament, s'enuncia la primera

llei de Newton o llei de la inèrcia i s'efectuen dos aclariments al seu respecte. A continuació, s'introdueix la segona llei de Newton o llei fonamental de la Dinàmica a partir

dels resultats obtinguts en aplicar diverses forces a un cos i anotar l'acceleració adquirida en cada cas. L'exemple 1 proposa trobar l'acceleració adquirida per un cos quan s'hi aplica una força i la distància recorreguda en un temps determinat.

Després, es defineix la magnitud moment lineal o quantitat de moviment i s'expressa la segona llei de Newton en funció de la quantitat de moviment. L'exemple 2 proposa calcular les quantitats de moviment inicial i final d'un cos i el mòdul de la força aplicada a partir de les velocitats inicial i final.

Finalment s'introdueix la tercera llei de Newton o principi d'acció i reacció, a partir de l'exemple d'una saltadora que s'impulsa cap a dalt gràcies a la força que un trampolí exerceix sobre ella. Així mateix, s'analitzen les característiques de les forces d'acció i reacció. L'exemple 3 proposa trobar l'acceleració adquirida per dos joves que estan inicialment en repòs sobre una pista de gel, quan un d'ells espenta l'altre amb una força determinada.


Impuls i quantitat de moviment (pàg. 114 i 115) Es defineix la magnitud impuls d'una força i es comprova que està relacionada amb la quantitat

de moviment mitjançant el teorema de l'impuls. L'exemple 4 proposa determinar el temps de contacte entre una raqueta i una pilota de tennis a partir de la força exercida per la raqueta sobre la pilota i indicar la variació de velocitat d'aquesta.


24


S'enuncia el teorema de conservació de la quantitat de moviment a partir de l'exemple del joc del billar i es proposa un exemple resolt (exemple 5) per a determinar la velocitat de retrocés d'una escopeta de fira que dispara un projectil a una velocitat determinada.

Els exercicis de la pàgina 115 del llibre de l'alumne tenen com a finalitat consolidar els continguts de l'apartat.

Aplicacions de les lleis de Newton (pàg. 116 a 121) S'analitzen dos tipus de forces que apareixen freqüentment en els problemes de Dinàmica: les

forces normals i les forces de fregament. En el cas de les forces normals, se n'estudien la direcció i el sentit en diversos casos i la manera

de determinar-les. L'exemple 6 proposa trobar la força normal sobre una escultura per a diferents superfícies de suport. L'exemple 7 proposa calcular la força mínima que cal aplicar a un bagul en una determinada direcció perquè se separe del sòl.

En el cas de les forces de fregament, s'observa que tenen sempre la direcció del moviment però sentit contrari, i s'indica la manera de calcular-ne el valor per a cossos en moviment i per a cossos en repòs. L'exemple 8 proposa determinar si un moble es mourà o romandrà en repòs en aplicar-hi una força horitzontal. L'exemple 9 proposa calcular l'acceleració que adquireix un cos que descendeix per un pla inclinat en dos casos: amb fregament i sense fregament.

Posteriorment, s'explica la manera de procedir per a resoldre problemes de sistemes de cossos enllaçats. L'exemple 10 proposa calcular l'acceleració de dos cossos que pengen dels extrems d'una corda la qual, al seu torn, passa per una corriola, i la tensió de la corda.

Finalment, s'estudia la dinàmica del moviment circular i es defineix el concepte de força centrípeta, indicant quina és en alguns moviments circulars. L'exemple 11 proposa trobar la força de fregament entre els pneumàtics d'un automòbil i la carretera quan el vehicle pren una corba plana.

Els exercicis de les pàgines 117, 119, 120 i 121 del llibre de l'alumne es proposen amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

En Ciència i societat (pàg. 122) es treballen continguts relacionats amb l'ensenyament transversal Educació per a la pau, posant l’èmfasi en l'obertura davant noves idees. Per a fer-ho, s'estudien els models de l'Univers al llarg de la història (geocèntric i heliocèntric) i se n'ofereix una interpretació actual.

En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 123 a 125) es pretén que l'alumne/a aprofundisca i adquirisca destresa en la resolució d'exercicis i problemes a partir de l'observació de models i la posada en pràctica posterior de les tècniques apreses. Amb aquesta finalitat proposem:

— Calcular la velocitat final de dos patinadors que inicialment es mouen amb la mateixa direcció però en sentit contrari i que després xoquen i, en conseqüència, es queden abraçats.

— Calcular la velocitat final de dues boles de billar que, després de xocar, es mouen en diferents direccions si, abans de xocar, l’una estava en repòs i l'altra es movia amb una velocitat determinada.

— Determinar quin pes aparent marcarà una bàscula col·locada a l'interior d'un ascensor que es mou amb una acceleració adreçada cap a amunt.

— Calcular l'acceleració d'un sistema de dos cossos enllaçats i la tensió de la corda si l’un es mou sobre un pla inclinat i l'altre ho fa verticalment.

— Trobar la màxima velocitat amb la qual un automòbil pot prendre una corba plana sense derrapar, si el coeficient de fregament estàtic entre els pneumàtics i la carretera té un valor determinat.

www.edebe.com

25


— Trobar la velocitat d'una bola que gira en l'aire lligada a l'extrem d'una corda que forma un angle determinat amb la vertical i determinar el temps que tarda a donar una volta completa.



recomana la realització de la pràctica Dinàmica dels fregaments del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

Activitats d’avaluació Enunciar les tres lleis de Newton i posar un exemple en el qual es complisca cada una d'aquestes

lleis. Determinar la velocitat d'una bola de billar després de xocar amb una segona bola, a partir de la

velocitat final d'aquesta segona bola i de les velocitats inicials de les dues boles. Determinar l'impuls d'una força a partir de l'increment de velocitat que produeix al cos al qual

s'aplica, i també el temps durant el qual actua aquesta força. Explicar els conceptes de força normal i força de fregament, i determinar davall quines

condicions aquestes forces actuen sobre un cos. Trobar el temps que un cos tarda a arribar al final d'un pla inclinat amb fregament si es deixa

caure des del punt més alt del pla sense velocitat inicial. Resoldre els exercicis 50, 51, 57 i 58 de la pàgina 127 del llibre de l'alumne per a comprovar si

l'alumne/a és capaç de resoldre problemes de dinàmica de cossos enllaçats. Resoldre els exercicis 52, 53, 54, 55 i 59 de la pàgina 127 del llibre de l'alumne per a comprovar

si l'alumne/a és capaç de resoldre problemes de dinàmica del moviment circular. Organitzar un col·loqui al voltant de la importància de les teories i els models científics en la

comprensió de l'Univers al llarg de la història, per a fomentar en l'alumne/a l'obertura davant noves idees.


26


UNITAT DIDÀCTICA 7: Treball i energia

Objectius didàctics Conéixer les diferents formes d'energia i la seua manifestació a la natura. Considerar el treball mecànic com una forma de transferència d'energia entre els cossos. Calcular el treball d'una força constant i el treball de la força resultant quan un cos està sotmés a

diferents forces. Calcular el treball d'una força que varia amb la posició, a partir de la representació gràfica de la

seua component tangencial en funció de la posició. Conéixer l'expressió de l'energia cinètica d'un cos en moviment. Interpretar, a partir del teorema de les forces vives, la relació entre el treball de la força resultant

i l'energia cinètica d'un cos. Comprendre que el treball que es realitza contra una força conservativa queda emmagatzemat en

forma d'energia potencial i es pot recuperar íntegrament. Conéixer l'expressió de l'energia potencial gravitatòria d'un cos. Conéixer el principi de conservació de l'energia mecànica i utilitzar-lo per a resoldre problemes

de moviment de cossos al camp gravitatori terrestre. Comprendre el concepte de potència i calcular la potència mecànica desenvolupada per un

sistema. Conéixer el funcionament i la utilitat de màquines mecàniques simples, com ara la palanca, la

corriola i el torn. Comprendre els conceptes d'energia potencial electrostàtica i energia potencial elèctrica en un

punt, i calcular-ne el valor en situacions senzilles. Calcular la diferència de potencial entre dos punts i el treball elèctric necessari per a traslladar

una càrrega des d'un punt fins a un altre. Reconéixer els problemes que suposa l'ús de les fonts d'energia no renovables, com ara la

generació de residus i la contaminació. Adoptar hàbits de vida que permeten un estalvi energètic i una reducció de la contaminació i

utilitzar les noves tecnologies que ho fan possible.

ContingutsConceptes Energia. Formes de l'energia. Treball mecànic. Energia cinètica. Energia potencial gravitatòria. Forces conservatives i dissipatives. Principi de conservació de l'energia mecànica. Potència. Potència mecànica. Màquines mecàniques: palanca, corriola i torn.

www.edebe.com

27


Energia potencial electrostàtica. Potencial elèctric. Diferència de potencial.

Procediments Interpretació gràfica del treball. Càlcul del treball d'una força variable. Resolució d'exercicis i problemes de treball i energia. Resolució d'exercicis i problemes mitjançant l'aplicació del principi de conservació de l'energia

mecànica. Representació de superfícies equipotencials.

Actituds, valors i normes Educació ambiental: valoració de la necessitat d'estalviar energia i reduir la contaminació en el

nostre entorn immediat. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta. — Es recorden la unitat de treball i energia en el SI, els conceptes de força resultant, força normal,

camp elèctric i intensitat del camp elèctric, i també l'expressió del camp elèctric creat per una càrrega puntual i la relació entre la força elèctrica i el camp elèctric.

— També es repassen el concepte de força de fregament i la manera de calcular-la per a cossos en moviment i per a cossos en repòs.

En la unitat podem distingir cinc grans blocs: L'energia i les seues formes, Treball, Conservació i degradació de l'energia, Potència i Energia potencial electrostàtica.

L'energia i les seues formes (pàg. 130 i 131) La unitat comença amb l'explicació del concepte d'energia, per a mostrar a continuació les

diverses formes en què es presenta l'energia i com es pot transformar d'unes formes en altres. L'exercici de la pàgina 131 del llibre de l'alumne es planteja amb la finalitat de consolidar els

continguts de l'apartat.Treball (pàg. 132 a 137) S'explica el significat físic de treball i s'indica la forma de calcular el treball mecànic d'una força

constant. A continuació, s'interpreta el significat físic del signe d'aquesta magnitud escalar. L'exemple 1 proposa calcular el treball de cada una de les forces que actuen sobre un camió de joguet quan és arrossegat per un xiquet mitjançant una corda.

Seguidament, s'interpreta gràficament el treball d'una força a partir del gràfic força-desplaçament i s'indica que el treball de la força resultant ha de ser igual a la suma de tots els treballs efectuats sobre un cos. L'exemple 2 proposa calcular el treball realitzat per cada una de les forces que actuen sobre un cos que puja per un pla inclinat i el treball de la força resultant.


28


Més endavant, s'explica el procediment per a calcular el treball d'una força que varia amb la posició. En l'exemple 3 es calcula el treball realitzat per la força elàstica d'una molla (en mòdul) a partir del gràfic força-desplaçament.

Posteriorment, es defineix el concepte d'energia cinètica, se’n dedueix l’expressió i s'enuncia el teorema de les forces vives o teorema de l'energia cinètica, l’aplicació del qual es mostra en un exemple resolt (exemple 4).

Finalment, es defineix l'energia potencial gravitatòria i se’n dedueix l’expressió. L'exemple 5 proposa determinar l'energia potencial gravitatòria d'un cos situat a una altura determinada i el treball necessari per a elevar aquest cos una determinada distància.

Els exercicis de les pàgines 133, 134, 135 i 137 del llibre de l'alumne es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat.

Conservació i degradació de l'energia mecànica (pàg. 138 i 139) Es defineix el concepte d'energia mecànica d'un cos i s'enuncia el principi de conservació de

l'energia mecànica, il·lustrant-lo amb el cas d'un cos que descendeix sense fregament per un pla inclinat. L'exemple 6 aplica aquest principi per a calcular la velocitat d'un cos en diferents posicions d'una caiguda lliure.


Potència (pàg. 140 i 141) Es defineix el concepte de potència, la seua unitat en el SI (el watt) i la relació d'aquesta unitat

amb el cavall de vapor. Seguidament, s'indica com calcular la potència mecànica d'un mòbil que es desplaça amb MRU.

L'exemple 7 proposa calcular el treball i la potència desenvolupats per una grua en elevar verticalment i amb velocitat constant una càrrega determinada.

L'exemple 8 proposa determinar la força i la potència desenvolupades per un ciclista per a mantenir una velocitat determinada sobre un terreny pla i sobre un pendent del 10 %.


Energia potencial electrostàtica (pàg. 142 a 145) S'introdueix el concepte d'energia potencial electrostàtica a partir d'una analogia amb l'energia

potencial gravitatòria. L'exemple 9 proposa determinar l'energia potencial electrostàtica d'un conjunt de dues càrregues positives separades una distància determinada en el buit.

A continuació, es defineix el concepte de potencial elèctric i se’n dedueix el valor per al cas d'una càrrega puntual i d'un conjunt de càrregues puntuals. En l'exemple 10 es troba el potencial elèctric creat per dues càrregues de diferent signe en un determinat punt de l'espai.

Finalment, es defineixen la diferència de potencial i el volt, i s'indica la relació entre la diferència de potencial i el treball necessari per a desplaçar una càrrega sotmesa a un camp elèctric, posant l’èmfasi en el significat físic del signe del treball. L'exemple 11 mostra com calcular el treball necessari per a desplaçar una càrrega des d'un punt a un altre d'un camp elèctric.

Es plantegen els exercicis de les pàgines 142 i 145 del llibre de l'alumne amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

En Ciència i societat (pàg. 146) es treballa l'ensenyament transversal Educació ambiental, valorant críticament els avenços científics i tecnològics i la seua influència sobre el medi ambient. Per a fer-ho, s'analitza com hauria de ser una ciutat, la ciutat ecològica, perquè els

www.edebe.com

29


seus habitants pogueren gaudir de totes les seues comoditats i, alhora, d'un estalvi energètic i d’una escassa contaminació.


— Calcular, per a un sistema de tres càrregues elèctriques, la diferència de potencial entre dos punts de l'espai i el treball necessari per a traslladar una quarta càrrega des del primer punt fins al segon.

— Calcular, per a un cos que baixa per un pla inclinat amb fregament, l'energia mecànica inicial, l'energia perduda a causa del fregament i la velocitat final.

En Exercicis i problemes (pàg. 149) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis van acompanyats de la solució per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Activitats d’avaluació Explicar el significat de treball mecànic i la seua relació amb l'energia, i calcular el treball d'una

força en diferents situacions: una força constant, un sistema de forces i una força variable. Calcular l'energia cinètica d'un cos en moviment i l'energia potencial gravitatòria d'un cos situat

a una altura determinada. Aplicar el teorema de les forces vives per a aplicar l'increment de velocitat d'un cos sobre el qual actua una força.

Resoldre els exercicis 12 i 13 de la pàgina 139 i l'exercici 43 de la pàgina 149 del llibre de l'alumne per a comprovar si són capaços de resoldre problemes de dinàmica aplicant el principi de conservació de l'energia mecànica.

Relacionar, mitjançant fórmules matemàtiques, les magnituds següents: energia potencial electrostàtica, potencial elèctric, diferència de potencial i treball.

Confeccionar una llista d'aparells i instruments d'ús habitual (llavadora, assecador de cabells, equip de música) i consultar-ne les especificacions tècniques per tal d’indicar la potència desenvolupada per cada un.

Formar grups de treball i debatre els temes següents:— La necessitat de l'energia per al funcionament de la societat actual i la utilització de les fonts

d'energia.— Els elements que s’haurien d’incorporar en la pròpia localitat per a fomentar l'estalvi energètic i

reduir la contaminació.


30


UNITAT DIDÀCTICA 8: Energia tèrmica

Objectius didàctics Comprendre la naturalesa de l'energia interna, la temperatura i la calor a partir de la teoria

cinèticomolecular de la matèria. Descriure les escales de temperatura més utilitzades i expressar una mateixa temperatura en

diferents escales. Conéixer les diferents formes de transferència de calor i la seua importància pràctica. Comprendre el concepte de calor específica d'una substància. Calcular la calor transferida entre dos cossos quan es posen en contacte. Comprendre el significat d'equilibri tèrmic dels cossos i la seua importància en el mesurament de

la temperatura. Relacionar els canvis d'estat d'agregació amb les transferències de calor. Trobar la calor transferida en els canvis d'estat a partir de les calors de fusió i de vaporització. Conéixer l'efecte de dilatació tèrmica produït per la calor en sòlids, líquids i gasos, i interpretar

aquest fet des del punt de vista molecular. Calcular el coeficient de dilatació d'un material i l'increment de longitud, superfície o volum que

té lloc en un cos en augmentar-ne la temperatura. Entendre el significat del primer i el segon principis de la Termodinàmica. Comprendre el fonament de les màquines tèrmiques i calcular-ne el rendiment. Valorar críticament els avantatges i els inconvenients del desenvolupament tecnològic dels

mitjans de transport. Reconéixer la necessitat d'adoptar mesures concretes per a limitar el consum de combustibles

fòssils, reduir l'emissió de gasos contaminants i trobar altres fonts d'energia netes i renovables.

ContingutsConceptes Energia interna. Temperatura. Escala de temperatura. Calor. Interpretació microscòpica de la calor i la temperatura mitjançant la teoria cinèticomolecular de

la matèria. Formes de transferència de calor: conducció, convecció i radiació. Calor específica i capacitat calorífica. Canvis d'estat d'agregació: fusió i vaporització. Dilatació tèrmica. Equilibri tèrmic. Equivalent mecànic de la calor. Primer principi de la Termodinàmica. Segon principi de la Termodinàmica. Màquines tèrmiques.

www.edebe.com

31


Procediments Utilització del termòmetre. Representació de temperatures sobre una escala. Canvi d'escales de temperatura. Utilització del calorímetre. Càlcul de la calor intercanviada entre dos cossos a diferents temperatures. Càlcul de la calor absorbida o cedida en un canvi d'estat. Distinció entre els diferents estats d'agregació de la matèria. Càlculs de dilatació de materials. Resolució d'exercicis i problemes d'absorció i cessió de calor.

Actituds, valors i normes Educació ambiental: reconeixement de la necessitat d'adoptar mesures concretes per a limitar el

consum de combustibles fòssils i reduir l'emissió de gasos contaminants. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta. — Es recorden: el concepte d'energia i les formes en què aquesta es presenta, els conceptes

d'energia cinètica i d’energia potencial gravitatòria, la unitat d'energia en el SI, la diferència entre magnituds intensives i magnituds extensives, el significat de punt normal de fusió i punt normal d'ebullició de l'aigua, i les aplicacions de la teoria cinèticomolecular de la matèria.

En la unitat podem distingir tres grans blocs: Energia interna, Efectes de la calor i Termodinàmica.

Energia interna (pàg. 152 a 157) La unitat comença amb la introducció del concepte d'energia interna a partir de diferents tipus

d'energia presents en les partícules d'una pilota de golf llançada per un jugador. A continuació, s'explica el concepte de temperatura i es fa una interpretació microscòpica

d'aquesta, relacionant l'energia cinètica mitjana de les partícules d'aigua que estan contingudes en un recipient amb la seua temperatura. A continuació, s'expliquen les característiques dels termòmetres i de les escales de temperatura més utilitzades: Celsius, Kelvin i Fahrenheit. Els exemples 1 i 2 proposen canviar d'escala diverses temperatures.

Posteriorment, s'introdueix el concepte de calor i s'interpreta microscòpicament com una forma d'energia transferida, a partir de la teoria cinèticomolecular de la matèria. Finalment, es distingeixen les tres formes de transferència de calor: conducció, convecció i radiació.

Els exercicis de les pàgines 155, 156 i 157 del llibre de l'alumne serveixen per a consolidar els continguts de l'apartat.

Efectes de la calor (pàg. 158 a 166) S’hi esmenten els possibles efectes de l'absorció de calor per part d'un cos: augment de

temperatura, canvi d'estat i dilatació.


32


Seguidament s'il·lustra, mitjançant dos recipients que contenen unes determinades quantitats d'aigua o d'etanol, que la calor transferida amb variació de la temperatura depén de la pròpia substància, de la massa d'aquesta i de l'increment de temperatura, cosa que condueix a la definició de calor específica d'una substància.

S'indica l'expressió matemàtica que permet calcular el valor de la calor absorbida o cedida per un cos, adoptant un criteri de signes que reconeix com a positiva la calor absorbida i com a negativa la calor cedida.

L'exemple 3 mostra com es pot trobar la calor cedida per una peça de coure en passar d'una temperatura a una altra més baixa.

L'exemple 4 mostra com cal calcular la temperatura final d'una barra de ferro que absorbeix una determinada quantitat de calor.

Després, es defineix l'equilibri tèrmic i s'explica la manera d'obtenir la temperatura en l'equilibri gràcies al fet que la calor absorbida i la cedida són iguals. L'exemple 5 proposa determinar la calor específica d'un metall a partir de la temperatura final assolida per una peça d’aquest metall en ser introduïda en un calorímetre amb una determinada quantitat d'aigua.

Posteriorment, s'expliquen els canvis d'estat amb l'ajuda de la teoria cinèticomolecular de la matèria, posant especial atenció en la fusió i la vaporització. Un esquema mostra tots els canvis d'estat que poden ocórrer a la natura.

L'exemple 6 proposa calcular la calor necessària per a transformar una determinada quantitat de gel que es troba a una temperatura determinada en aigua líquida a 0 °C.

L'exemple 7 proposa calcular la calor necessària per a transformar una determinada quantitat d'aigua líquida que es troba a un temperatura determinada en vapor d'aigua a 100 °C.

Més endavant, es defineix el concepte de dilatació tèrmica i s'indica com es poden determinar tres tipus de dilatació en un sòlid: lineal, superficial i cúbica.

Els exemples 8 i 9 proposen, respectivament, determinar la longitud final i el volum final d’algunes peces metàl·liques en augmentar-ne la temperatura.

Després s'explica la dilatació en els líquids a partir de la seua semblança amb la dilatació cúbica dels sòlids. L'exemple 10 mostra com calcular el volum final d’una determinada quantitat de mercuri en augmentar-ne la temperatura.

Finalment, s'estudia la dilatació en els gasos a pressió constant, destacant-ne que aquesta no depén de la naturalesa del gas. L'exemple 11 proposa trobar el volum final d'un gas que s'expandeix a pressió constant en augmentar-ne la temperatura.

Els exercicis de les pàgines 161, 163 i 166 del llibre de l'alumne es plantegen amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

Termodinàmica (pàg. 167 a 169) S'explica en què consisteix la Termodinàmica, s'estableix l'equivalent mecànic de la calor i

s'il·lustra la transformació de treball en calor mitjançant l'experiència de Joule. A continuació, s'enuncia el primer principi de la termodinàmica, per al qual s'adopta el conveni

de suposar positius la calor absorbida pel sistema i el treball realitzat sobre el sistema. L'exemple 12 proposa trobar la temperatura final d'una determinada quantitat d'aigua després

d'absorbir calor. L'exemple 13 proposa determinar la calor absorbida per una figura de plom i l'augment de

temperatura que experimenta en caure a terra des d’una altura determinada, si tota l’energia potencial es converteix en calor.

Finalment, s'enuncia el segon principi de la Termodinàmica i s'il·lustra mitjançant el funcionament de les màquines tèrmiques. L'exemple 14 mostra com es pot calcular el treball

www.edebe.com

33


realitzat per una màquina tèrmica i el seu rendiment a partir de les calors absorbida i cedida en cada cicle.

Es plantegen els exercicis de la pàgina 169 del llibre de l'alumne amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat.

En Ciència i societat (pàg. 170) s'estudia l'evolució històrica de les màquines tèrmiques, des de la màquina de vapor inventada al segle XVIII fins als motors d'explosió de quatre temps dels moderns automòbils. També s'analitzen les conseqüències negatives de la utilització d'aquest tipus de motors: l'emissió de gasos contaminants i l'esgotament de les fonts d'energia no renovables.


— Determinar la temperatura d'equilibri en introduir una determinada quantitat de coure a una temperatura donada en un calorímetre que conté una quantitat d'aigua a una altra temperatura.

— Calcular la temperatura d'equilibri en barrejar una determinada quantitat de gel a una temperatura donada amb una quantitat de vapor d'aigua a una temperatura diferent, suposant que l'estat final correspon a aigua líquida.

En Exercicis i problemes (pàg. 173) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis van acompanyats de la solució per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Activitats d’avaluació Explicar els conceptes d'energia interna, temperatura i calor. Interpretar-los des d'un punt de

vista microscòpic. Expressar una mateixa temperatura en les escales termomètriques Celsius, Kelvin i Fahrenheit. Resoldre els exercicis 11, 12 i 13 de la pàgina 157 del llibre de l'alumne per a comprovar si

l'alumne/a és capaç de diferenciar les diferents formes de transferència de calor. Resoldre els exercicis del 15 al 19 de la pàgina 161 i del 35 al 41 de la pàgina 171 del llibre de

l'alumne per a comprovar si són capaços de calcular la calor transferida entre dos cossos i la temperatura d'equilibri quan ambdós es posen en contacte.

Dibuixar un esquema on s'observen els tres estats d'agregació de la matèria i els noms que reben tots els canvis d’estat.

Efectuar un experiment senzill amb un fil d’aram o una agulla que demostre que els cossos es dilaten quan absorbeixen calor i es contrauen quan es refreden.

Enunciar el primer i el segon principis de la Termodinàmica i explicar, d'acord amb aquests principis, de quina manera es transforma el treball en calor, i viceversa.

Calcular el rendiment d'una màquina tèrmica i el treball que realitza en cada cicle si extrau 24 000 J del focus calent i subministra 8 000 J al focus fred.

Formar grups de treball i debatre els temes següents:— Aspectes positius i negatius del desenvolupament tecnològic en els mitjans de transport.— Mesures que s’haurien de prendre per a reduir el consum de combustibles fòssils i l'emissió de

gasos contaminants a l'atmosfera.


34


UNITAT DIDÀCTICA 9: Corrent elèctric

Objectius didàctics Comprendre el concepte de corrent elèctric. Interpretar el significat físic de la intensitat del corrent elèctric. Identificar alguns elements d'un circuit elèctric. Comprendre la diferència entre una connexió d'elements del circuit en sèrie i una connexió en

paral·lel. Interpretar el significat físic de la resistència elèctrica. Relacionar intensitat, diferència de potencial i resistència elèctrica mitjançant la llei d'Ohm i

aplicar aquesta llei en els circuits elèctrics. Conéixer els paràmetres dels quals depén la resistència elèctrica d'un conductor. Conéixer l'efecte que produeix en un circuit una associació de resistències en sèrie, en paral·lel i

mixta, i calcular la resistència equivalent en cada cas. Interpretar el significat físic de l'energia i de la potència del corrent elèctric. Conéixer l'efecte Joule, les seues aplicacions pràctiques i calcular l'energia i la potència

dissipades per aquest efecte. Comprendre el significat físic de les unitats de mesura de magnituds elèctriques: ampere, volt,

ohm, joule i watt. Utilitzar-les correctament en els càlculs. Conéixer la funció dels generadors en un circuit elèctric i la seua classificació. Conéixer la funció dels receptors en un circuit elèctric i la seua classificació. Interpretar els conceptes de força electromotriu i resistència interna del generador, i relacionar-

los amb l'energia i la potència del corrent elèctric. Interpretar els conceptes de força contraelectromotriu i resistència interna d'un motor, i

relacionar-los amb el treball mecànic i amb la potència consumida. Avaluar la producció i el consum d'energia en un circuit amb generador, motor i resistència

externa. Conéixer el perill que implica manipular muntatges, instal·lacions i aparells elèctrics. Manipular els aparells elèctrics respectant les normes de seguretat.

ContingutsConceptes Corrent elèctric. Intensitat del corrent elèctric. Circuit elèctric. Elements d'un circuit elèctric. Resistència elèctrica. Llei d'Ohm. Resistivitat. Resistència equivalent. Energia del corrent elèctric.

www.edebe.com

35


Potència elèctrica. Efecte Joule. Generadors i receptors elèctrics. Motor elèctric. Força electromotriu. Resistència interna del generador. Força contraelectromotriu. Resistència interna del motor. Condensadors. Llei d'Ohm generalitzada. Amperímetre. Voltímetre.

Procediments Interpretació i representació de circuits elèctrics mitjançant esquemes. Muntatge de circuits elèctrics. Connexió d'elements a un circuit elèctric. Aplicació de la llei d'Ohm a un circuit. Utilització de l'amperímetre, el voltímetre i el polímetre. Associació de resistències en sèrie i en paral·lel. Realització de balanços d'energia en un circuit elèctric. Aplicació de la llei d'Ohm generalitzada a un circuit. Resolució d'exercicis i problemes de corrent elèctric.

Actituds, valors i normes Educació del consumidor: precaució en l'ús de l'electricitat. Educació per a la salut: manipulació d'instal·lacions i aparells elèctrics respectant les normes

elementals de seguretat. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta. — Es recorden els conceptes de camp elèctric i potencial elèctric, el moviment de les càrregues

elèctriques en relació amb el potencial, la unitat de càrrega elèctrica en el SI i els conceptes de diferència de potencial, treball elèctric i potència i les seues unitats en el SI.

En la unitat podem distingir cinc grans blocs: Concepte de corrent elèctric, Llei d'Ohm, Energia i potència del corrent elèctric, Generadors i receptors elèctrics i Llei d'Ohm generalitzada.

Concepte de corrent elèctric (pàg. 176 i 177)


36


La unitat comença amb l'explicació del concepte de corrent elèctric i la definició d'intensitat de corrent a partir d'una il·lustració que representa una secció d'un conductor per l'interior del qual es desplacen els electrons. L'exemple 1 proposa calcular el nombre d'electrons que passen en un segon per un conductor pel qual circula una determinada intensitat.

A continuació, s'explica què és un circuit elèctric, quins elements el componen i de quina manera es connecten aquests al circuit.

Es plantegen els exercicis de la pàgina 177 del llibre de l'alumne amb la finalitat de consolidar els continguts de l'apartat

Llei d'Ohm (pàg. 178 a 181) S'enuncia la llei d'Ohm a partir d'una experiència que consisteix a mesurar la intensitat de

corrent que circula per un conductor per a diferents valors de la diferència de potencial. L'exemple 2 aplica la llei d'Ohm per a trobar la resistència d'un conductor i la intensitat de corrent que hi circula.

Seguidament, s'explica de quins paràmetres depén la resistència elèctrica d'un conductor i s'introdueix el concepte de resistivitat. L'exemple 3 mostra com es poden calcular les longituds de fil d’alguns materials necessàries per a aconseguir una determinada resistència.

Finalment, s'indica com es poden associar resistències en sèrie, en paral·lel i en associacions mixtes per tal d’obtenir el valor desitjat de la resistència equivalent. Els exemples 4 i 5 proposen calcular el valor de la resistència equivalent per a diverses associacions de resistències, i també la intensitat de corrent en el circuit i en cada resistència.


Energia i potència del corrent elèctric (pàg. 182 i 183) Es relaciona el treball realitzat en el desplaçament de les càrregues amb la càrrega elèctrica

desplaçada i la diferència de potencial. A continuació, es defineix el concepte de potència elèctrica i es dedueix una fórmula per a calcular-la. L'exemple 6 mostra com calcular la potència elèctrica d'un llum i l'energia consumida per aquest en un temps determinat, a partir de la intensitat de corrent i la diferència de potencial.

Després, s'explica el mecanisme pel qual tots els aparells elèctrics tenen pèrdues en forma de calor, conegut com efecte Joule, i es dedueix el valor de l'energia i la potència dissipades. L'exemple 7 proposa calcular l'energia dissipada per una bombeta en una hora i la potència dissipada quan hi circula una intensitat donada.


Generadors i receptors elèctrics (pàg. 184 a 187) Es classifiquen els generadors i receptors elèctrics en funció del tipus d'energia que intercanvien

amb l'energia elèctrica. S'expliquen les característiques d'un generador elèctric (força electromotriu i resistència interna) i d'un motor elèctric (força contraelectromotriu i resistència interna).

L'exemple 8 proposa determinar la potència subministrada per una bateria connectada a una resistència, la diferència de potencial entre els extrems de la resistència i el valor òhmic d’aquesta a partir de la intensitat de corrent en el circuit i les característiques de la bateria.

Els exemples 9 i 10 proposen determinar, a partir de la intensitat que circula per un motor elèctric i de les seues característiques, diversos paràmetres, com ara: la potència útil del motor, la força contraelectromotriu, la diferència de potencial en els borns del motor, la potència

www.edebe.com

37


dissipada en la resistència interna, la potència consumida pel motor i el cost de l'energia consumida en un temps determinat.

Es plantegen els exercicis de la pàgina 187 del llibre de l'alumne amb objecte de consolidar els continguts de l'apartat.

Llei d'Ohm generalitzada (pàg. 188 i 189) S'estableix un balanç d'energia en un circuit elèctric proveït de generador, motor i resistència

externa per a trobar-ne la intensitat de corrent. El resultat permet enunciar la llei d'Ohm generalitzada en un circuit. Els exemples 11 i 12 mostren com es pot aplicar la llei d'Ohm generalitzada per a determinar la intensitat, les tensions i les potències dissipades en un circuit.


nstruments de mesura (pàg. 190 i 191) S'explica el funcionament de l'amperímetre i del voltímetre i també la manera de connectar-los a

un circuit. L'exemple 13 pregunta com cal connectar un amperímetre per a mesurar la intensitat de corrent

en un circuit i proposa trobar l'error relatiu comés en connectar un amperímetre amb una determinada resistència interna.

L'exemple 14 proposa trobar la intensitat de corrent que circula per una resistència i per un voltímetre connectats en paral·lel.


En Ciència i societat (pàg. 192) es treballen continguts relacionats amb els ensenyaments transversals Educació del consumidor i Educació per a la salut, oferint una informació destinada a l'ús correcte del corrent elèctric:

— S'explica el procés que segueix l'energia elèctrica des que es produeix en la central elèctrica fins que arriba fins a les nostres llars.

— S'adverteix de la necessitat d'extremar les precaucions en l'ús de l'electricitat per a evitar accidents i s'informa dels efectes que pot produir al cos humà un corrent d’una determinada intensitat.

— Es recullen les normes elementals de seguretat que cal respectar sempre en la manipulació d'instal·lacions i aparells elèctrics.

En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 193) es pretén que l'alumne/a aprofundisca i adquirisca destresa en la resolució d'exercicis i problemes a partir de l'observació de models i la posada en pràctica posterior de les tècniques apreses. Amb aquesta finalitat proposem:

— Calcular, en el cas d'un circuit format per un generador, un motor i una resistència externa: la intensitat de corrent en el circuit, les caigudes de tensió en les diferents resistències, la tensió en els borns del generador, la potència subministrada pel generador, la potència útil del motor i les potències dissipades en les diferents resistències.



recomana la realització de la pràctica Llei d'Ohm. Associació de resistències del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.


38


Activitats d’avaluació Calcular la càrrega elèctrica que travessa una secció d'un conductor pel qual circula una

determinada intensitat de corrent durant un temps determinat. Analitzar un circuit elèctric format per un generador, una bombeta i uns conductors i identificar-

hi els elements. Dibuixar un circuit elèctric amb dues resistències connectades en sèrie i un altre circuit amb dues

resistències connectades en paral·lel. Assenyalar els elements de cada circuit. Aplicar la llei d'Ohm a un circuit elèctric per a determinar la intensitat de corrent i la diferència

de potencial en cada un dels seus elements. Determinar la resistència elèctrica d'un fil conductor del qual se’n coneixen la resistivitat, la

longitud i la secció. Muntar un circuit elèctric senzill, com el representat en la pàgina 183 del llibre de l'alumne.

Mesurar la intensitat en el circuit i la diferència de potencial en els borns de la resistència utilitzant un amperímetre i un voltímetre. Variar la tensió subministrada pel generador i comprovar que es compleix la llei d'Ohm.

Calcular la resistència equivalent a diferents associacions de resistències: en sèrie, en paral·lel i mixtes.

Resoldre els exercicis 7, 8, 9, 10 i 11 de la pàgina 183 del llibre de l'alumne per a comprovar si són capaços de calcular l'energia i la potència d'un corrent elèctric.

Calcular la potència dissipada per efecte Joule en cada una de les resistències d'un circuit. Explicar la utilitat dels generadors i els receptors elèctrics i establir-ne una classificació. Definir els conceptes de força electromotriu i força contraelectromotriu. Relacionar aquests

conceptes amb la potència del corrent elèctric i amb la diferència de potencial en els borns del generador o del motor.

Efectuar un balanç d'energia en un circuit elèctric format per un generador, un motor i una resistència externa, i deduir-ne la intensitat de corrent en el circuit.

Resoldre els exercicis 18, 19 i 20 de la pàgina 189 del llibre de l'alumne per a comprovar si l'alumne/a és capaç de calcular diferents magnituds d'un circuit elèctric aplicant la llei d'Ohm generalitzada.

Exposar a classe la conveniència de respectar les normes elementals de seguretat en la manipulació d'aparells elèctrics i en el muntatge de circuits.

www.edebe.com

39


UNITAT DIDÀCTICA 10: La matèria

Objectius didàctics Classificar la matèria en substàncies pures (elements i compostos) i en mescles (homogènies i

heterogènies). Comprendre les diferències entre element, compost, mescla homogènia i mescla heterogènia. Ser capaç d'explicar les lleis clàssiques dels processos químics mitjançant la teoria atòmica de

Dalton. Valorar la importància del concepte de molècula per l'avenç que va suposar en la comprensió

dels processos químics. Utilitzar i relacionar correctament els conceptes de mol, massa atòmica i massa molecular. Conéixer les lleis dels gasos i utilitzar-les en càlculs senzills utilitzant les unitats apropiades. Comprendre el concepte de pressió parcial d'un gas i utilitzar-lo en els càlculs de mescles

gasoses. Conéixer els diferents processos de separació de les mescles en els seus components. Interpretar la informació (expressada en percentatge en volum i en percentatge en massa) sobre

la composició dels productes de consum. Identificar les propietats col·ligatives de les solucions i conéixer els mecanismes pels quals

varien. Comprendre el concepte de pressió de vapor d'un líquid. Comprendre el concepte de pressió osmòtica i calcular-la. Valorar críticament l'efecte mediambiental de les depuradores d'aigües.

ContingutsConceptes Mescles homogènies i heterogènies. Substàncies pures: elements i compostos. Propietats intensives i extensives. Lleis clàssiques de les reaccions químiques: llei de Lavoisier, llei de Proust, llei de Dalton. Teoria atòmica de Dalton. Llei de Gay-Lussac o dels volums de combinació. Principi d’Avogadro. Massa atòmica i molecular. Mol. Lleis dels gasos: llei de Boyle-Mariotte, llei de Charles-Gay-Lussac, llei completa dels gasos. Equació d'estat dels gasos ideals. Volum molar dels gasos. Pressió parcial d'un gas. Llei de Dalton de les pressions parcials. Teoria cinèticomolecular dels gasos Tipus de mescles: homogènies, heterogènies, col·loides, suspensions i emulsions. Tècniques de separació de mescles: decantació, filtració, cristal·lització, destil·lació, extracció

amb dissolvent i cromatografia.


40


Solucions. Concentració de les solucions: percentatge en massa, percentatge en volum, molaritat, molalitat i

fracció molar. Solubilitat. Solució saturada. Propietats col·ligatives de les solucions: pressió de vapor, punts d'ebullició i de congelació,

pressió osmòtica.

Procediments Classificació de les substàncies materials. Aplicació de les lleis clàssiques de les reaccions químiques (llei de Lavoisier, llei de Proust, llei

de Dalton). Interpretació de les lleis ponderals segons la teoria atòmica de Dalton. Aplicació de la llei dels volums de combinació. Realització de càlculs sobre la massa molecular i la massa molar d'un compost qualsevol. Resolució de problemes on calga utilitzar la llei de conservació de la massa i la llei de les

proporcions definides i on calga aplicar la massa molar d'un compost. Aplicació de la llei de Dalton de les pressions parcials. Realització d'experiències: material, muntatge, desenvolupament i observació del procés. Expressió de la concentració d'una solució: percentatge en massa, percentatge en volum,

molaritat, molalitat, fracció molar. Interpretació de les informacions de l'entorn expressades en percentatges de volum o en massa. Expressió de la solubilitat d'una substància en un dissolvent. Aplicació de les lleis dels gasos: llei de Boyle-Mariotte, llei de Charles-Gay-Lussac, llei

completa dels gasos i equació d'estat dels gasos ideals. Determinació de les propietats col·ligatives: disminució de la pressió de vapor, augment de la

temperatura d'ebullició, disminució de la temperatura de congelació i pressió osmòtica d'una solució.

Resolució de problemes relacionats amb la transformació d'una expressió de la concentració d'una solució en altres; la manera de calcular la massa molecular d'una substància a partir de reaccions gasoses i de les lleis dels gasos, i la manera de calcular la massa molecular d'una substància a partir de les propietats col·ligatives de la solució, concretament a partir del descens crioscòpic i de l'ascens ebullioscòpic.

Actituds, valors i normes Valoració de la importància del concepte de molècula per l'avenç que representa en la

comprensió dels processos químics. Valoració crítica de les informacions de l'entorn. Valoració de l'ordre i la neteja en el lloc de treball i del material del laboratori. Valoració dels avenços científics, tant teòrics com pràctics, i la seua influència en la tecnologia i

en la societat. Valoració de la importància de l'ordre, la claredat i la neteja en la presentació d'informes, taules i

gràfics. Valoració crítica dels efectes mediambientals de les depuradores d'aigües.

www.edebe.com

41



haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta: — Es recorden els conceptes de densitat, solidificació, punt de fusió, ebullició, punt d'ebullició,

pressió i pressió hidrostàtica. En la unitat podem distingir nou grans blocs: Classificació de les substàncies materials, Lleis

clàssiques de les reaccions químiques, Teoria atòmica de Dalton, Principi d’Avogadro, Massa atòmica i molecular. Mol, L'estat gasós, Mescles i tècniques de separació, Solucions i Propietats col·ligatives de les solucions.

Classificació de les substàncies materials (pàg. 200 i 201) La unitat comença amb la classificació de la matèria en mescles i substàncies pures, i aquestes,

al seu torn, en elements i compostos. Es resumeix en un quadre amb exemples. La figura 1 mostra la situació en la qual dos elements poden donar origen a una mescla o a un

compost en funció del procés que es duga a terme. A continuació es recorda la diferència entre procés físic i procés químic i entre propietat

intensiva i extensiva. Els exercicis 1 i 2 es plantegen amb la finalitat de consolidar i posar en pràctica els continguts de

l'apartat.Lleis clàssiques de les reaccions químiques (pàg. 202 i 203) Es defineix el concepte de reacció química. A continuació, s'enuncien les lleis de Lavoisier, de Proust i de Dalton i s'acompanyen de tres

exemples resolts. La figura mostra visualment la llei de conservació de la massa. L’apartat finalitza amb tres exercicis que consoliden els continguts de l'apartat. El professor/a pot proposar, a manera de reflexió, les qüestions addicionals següents:— Per què la llei de les proporcions definides és una llei de les reaccions químiques, si fa referència

a la proporció dels elements en un compost?— Dos compostos que compleixen la llei de les proporcions múltiples, compleixen també la llei de

les proporcions definides?— Es pot comprovar la llei de les proporcions múltiples en un únic compost?Teoria atòmica de Dalton (pàg. 204) S'introdueix la teoria atòmica a partir de les suposicions originals de Dalton. A continuació,

s'interpreten les tres lleis per mitjà d'aquesta teoria. La interpretació de la llei de Lavoisier s'observa en una imatge; la de la llei de Proust, a partir d'unes masses simbòliques, i la de la llei de Dalton, a partir de les dades de dos compostos expressades en forma de taula.

A més de l'exercici 6 de la pàgina 204 del llibre de l'alumne, que es planteja per a consolidar el contingut de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a ampliació, la següent activitat:

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 204 del llibre de l'alumne i relacionar l'elaboració de la hipòtesi de la màxima simplicitat amb una de les etapes del mètode científic i el descobriment de la seua falsedat en una altra de les etapes.

Principi d’Avogadro (pàg. 205)


42


S'enuncia la llei de Gay-Lussac i s'aplica en un exemple resolt (exemple 4). Per a interpretar aquesta llei s'introdueix el principi d'Avogadro. Com a conclusió de l'apartat, s'indica que el principi d'Avogadro permet diferenciar els àtoms de les molècules.

A més dels exercicis 7 i 8 de la pàgina 205 del llibre de l'alumne, que es plantegen amb la finalitat de consolidar i posar en pràctica els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera de síntesi, l'activitat següent:

— Explicar de quina manera està en desacord el principi d'Avogadro amb la hipòtesi de Dalton de la màxima simplicitat.

Massa atòmica i molecular. Mol (pàg. 206 i 207) Es defineixen la unitat de massa atòmica, la massa atòmica relativa i la massa molecular relativa.

S'introdueix el concepte de mol i el valor de la constant d'Avogadro per a ensenyar, finalment, la relació entre massa en grams i massa atòmica, i entre massa molar i massa molecular.

L'exemple 5 mostra el procediment per a calcular la massa molecular a partir de les masses atòmiques dels elements i el càlcul de la massa d'una molècula.

A continuació, en la pàgina 207 del llibre de l'alumne, es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de l'apartat.

L'estat gasós (pàg. 208 a 211) S'enuncien les lleis dels gasos (llei de Boyle-Mariotte, llei de Charles-Gay-Lussac, llei completa

dels gasos) i l'equació d'estat dels gasos ideals. Cada llei va acompanyada d'un exemple resolt (exemples 6 a 9) que permet conéixer el procediment de treball amb aquestes lleis.

A continuació es recorda quines són les condicions normals (CN) de treball amb els gasos i el volum molar d'un gas en aquestes condicions. L'exemple 10 fa referència a aquest concepte.

A continuació s'introdueix l'estudi de les mescles de gasos. Es defineix la pressió parcial d'un gas i s'enuncia la llei de Dalton de les pressions parcials. L'exemple resolt (exemple 11) permet desenvolupar el procediment per a aplicar aquesta llei juntament amb les que ja es coneixen sobre gasos.

Finalitza l'apartat amb l'enunciat dels postulats de la teoria cinèticomolecular dels gasos i es ressalta com expliquen les lleis dels gasos.

Finalitza l'apartat amb dos exercicis que consoliden els continguts de l'apartat. El professor/a pot proposar, com a reflexió i síntesi, l’activitat següent:— Justificar si un gas a baixa temperatura i alta pressió complirà l'expressió: P V = n R TMescles. Tècniques de separació (pàg. 212 i 213) L'apartat comença assenyalant les característiques de les mescles homogènies i heterogènies,

segons la mida de les seues partícules. En un quadre s'indiquen alguns tipus de mescles heterogènies (col·loides, suspensions i emulsions).

A continuació s’esmenten alguns aparells i instruments per a la separació de mescles. Es mostra el fonament, el material necessari i el procediment de treball de les tècniques de

decantació, filtració, cristal·lització, destil·lació, extracció amb dissolvent i cromatografia. Totes aquestes tècniques van acompanyades d'un dibuix del muntatge que facilita a l'alumne/a la comprensió del procediment.

Seria convenient que l'alumne/a realitze en el laboratori alguna de les separacions de mescles proposades en les pàgines 212 i 213 del llibre de l'alumne.

Solucions (pàg. 214 a 218) Es presenten les solucions, la seua classificació i alguns dels avantatges derivats del seu ús, que

s'observen en una imatge que compara dos procediments de treball experimental.

www.edebe.com

43


A continuació es defineixen les diferents maneres d'expressar la concentració: percentatge en massa, percentatge en volum, molaritat, molalitat i fracció molar. Cada una va acompanyada d'un exemple resolt (exemples 12 a 16) que permet observar el procediment per a calcular la concentració d'una solució.

Els exercicis 17 a 20 es plantegen per a consolidar i posar en pràctica els continguts anteriors. Finalment, es defineixen els conceptes de solució saturada i de solubilitat. Un gràfic mostra la

solubilitat d'algunes substàncies en aigua. L'exemple resolt 17 fa referència a aquest subapartat. Els exercicis 21 i 22 es plantegen per a consolidar i posar en pràctica els continguts anteriors. El professor/a pot proposar, a més, les qüestions següents:— Indicar la manera més adequada d'expressar la concentració d'una solució en el cas de voler

preparar-la utilitzant una balança. I si volem utilitzar la solució en una reacció química? Justificar la resposta en ambdós casos.

Explicar per què una beguda gasosa desprén bambolles de diòxid de carboni a mesura que es calfa.

— Llegir el quadre al marge de la pàgina 217 del llibre de l'alumne titulat Massa de component per unitat de volum i calcular la concentració en massa d'una solució de 10 g de nitrat de potassi en 100 g d'aigua.

Propietats col·ligatives de les solucions (pàg. 219 a 222) De primer es defineix el concepte de propietat col·ligativa. Després s'explica, a partir d'un dibuix

representatiu, el concepte de pressió de vapor, i es planteja com canvia en afegir-hi solut. Per a calcular aquesta variació, s'observa en una imatge com afecta la quantitat de solut a la pressió de vapor, s'enuncia la llei de Raoult i s'aplica en un exemple resolt (exemple 18).

A continuació s'introdueixen les conseqüències de la variació de la pressió de vapor en el descens crioscòpic i en l'ascens ebulloscòpic a partir d'un gràfic de la pressió de vapor del dissolvent i la de la solució, i s'explica, amb un exemple resolt (exemple 19), el procediment per a calcular-los.

Finalment, s'explica, a partir d'un dibuix, el fenomen de l'osmosi i, a partir d'una altra imatge (fig. 3), el sentit del flux i les seues conseqüències.

Es defineix pressió osmòtica i s'observa com es calcula mitjançant l'exemple resolt 20. A més dels exercicis 23 a 26 de les pàgines 221 i 222, que es plantegen per a consolidar i posar

en pràctica els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera de síntesi, les qüestions següents:

— Justificar que les lleis de les propietats col·ligatives es compleixen per a soluts no volàtils i no iònics.

— Explicar per què en una solució la temperatura d'ebullició augmenta respecte a la del dissolvent pur, mentre que la temperatura de fusió disminueix.

— Dir en què es basa el fenomen de l'osmosi. En l'apartat Ciència i societat (pàg. 223) es relacionen els mètodes de separació de mescles amb

alguns dels seus usos en les depuradores d'aigües residuals i es reflexiona sobre la importància mediambiental d'aquest procés.

En la Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 224 i 225) es pretén que l'alumne/a:— Utilitze de manera combinada les lleis ponderals de les reaccions químiques.— Utilitze de manera combinada les lleis dels gasos i les de les propietats col·ligatives.— Aprofundisca en les aplicacions d'aquestes lleis.


44


En l'apartat Exercicis i problemes (pàg. 226 i 227) s'inclouen una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució, per a afavorir el procés d'autoavaluació.

En la pàgina 227 del llibre de l'alumne es planteja l'exercici 65 per a ampliar l'estudi de l'aigua, del seu reciclatge i de la importància mediambiental d'aquest procés.

Practiques de laboratori Per al treball experimental, i com a complement dels continguts procedimentals i actitudinals, es

recomana la realització de la pràctica Separació d'una mescla, del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

Activitats d’avaluació Realitzar un experiment senzill que pose de manifest la diferència que hi ha entre mescla

homogènia i mescla heterogènia. Identificar els elements, els compostos, les mescles homogènies i les mescles heterogènies d'una

sèrie de substàncies. Relacionar les lleis clàssiques amb la teoria atòmica de Dalton i exposar les conclusions en una

posada en comú on es destaque per què aquesta teoria no explica la llei dels volums de combinació.

Resoldre el problema 41 de la pàgina 226 del llibre de l'alumne per a comprovar si coneix les lleis clàssiques de les reaccions químiques i si les sap aplicar.

Calcular la massa molecular i molar d'una sèrie de substàncies i explicar el mètode utilitzat. Resoldre un problema on calga calcular la massa molecular i la massa molar d'una substància i el

nombre de mols, de molècules i d'àtoms que conté. Comentar en grups de tres o quatre membres de quina manera va influir l'aplicació del mètode

científic en l'aparició de la teoria atòmica de Dalton. Realitzar experiments senzills que permeten separar mescles homogènies i heterogènies. Descriure el procés de separació d'una mescla. Participar en un col·loqui sobre l'evolució històrica dels conceptes element, compost, mescla

homogènia i mescla heterogènia. Definir massa molecular, volum molar, mol, solució, solubilitat i concentració. Expressar la concentració d'una solució en la unitat més adequada: percentatge en volum,

percentatge en massa, molaritat, molalitat, fracció molar..., fent-hi canvis d'unitats si cal. Expressar la concentració d'una solució en la unitat que se sol·licita, a partir d'altres unitats, de la

densitat, de les masses molars... Per exemple, realitzar els exercicis 52 i 53 de la pàgina 227 del llibre de l'alumne.

Preparar una solució en el laboratori i expressar-ne la concentració en percentatge en massa i en molaritat. Revisar l'estat del material i del laboratori després d’utilitzar-los.

Buscar exemples de diferents tipus de solucions presents en la vida quotidiana i elaborar una relació de tots els exemples en una posada en comú.

A partir de dades subministrades pel professor/a, elaborar una representació gràfica de la solubilitat en aigua d'un compost segons la seua temperatura, i extraure’n conclusions.

Calcular la massa molar d'una substància a partir del valor d'alguna de les propietats col·ligatives. Per exemple, realitzar l'exercici 64 de la pàgina 227 del llibre de l'alumne.

www.edebe.com

45


Buscar informació sobre el progressiu deteriorament del medi ambient i la manera com es podria evitar o, almenys, pal·liar amb un reciclatge adequat. Posar en comú el material recollit i realitzar un col·loqui al voltant del tema. D'aquesta manera, el professor/a podrà avaluar la responsabilitat en la realització de treballs en grup, el reconeixement de la importància de preservar el medi ambient i l'interés per la interpretació científica de la realitat.


46


UNITAT DIDÀCTICA 11: Estructura de l'àtom. Sistema periòdic

Objectius didàctics Aprofundir en el coneixement de la naturalesa íntima de la matèria. Conéixer les partícules subatòmiques fonamentals i les seues característiques. Conéixer l'estructura general dels àtoms. Comprendre el concepte d'isòtop i identificar els isòtops d'un element. Calcular la massa atòmica d'un element a partir de les masses i els percentatges dels seus isòtops. Conéixer l'evolució dels models atòmics i les característiques principals dels més importants:

Thomson, Rutherford, Bohr i el model mecanoquàntic. Conéixer el concepte d'orbital atòmic i diferenciar-lo del d'òrbita electrònica. Elaborar la configuració electrònica dels àtoms. Comprendre el fonament de la taula periòdica dels elements. Conéixer les propietats periòdiques bàsiques i justificar-ne la variació al llarg de la taula

periòdica. Apreciar el valor de la taula periòdica dels elements per al treball científic. Conéixer les teories i els models atòmics d'altres èpoques i valorar-ne l’aportació a la resolució

dels problemes del món actual. Valorar críticament com influeixen els avenços científics en la tecnologia. Apreciar la importància de les decisions humanes en l'ús adequat o inadequat dels avenços

científics.

ContingutsConceptes L'electró. Model atòmic de Thomson. El protó. Model atòmic de Rutherford. El neutró. Isòtops. Magnituds atòmiques: nombre atòmic, nombre de massa, massa atòmica i massa isotòpica. Característiques d'una ona electromagnètica: l'espectre electromagnètic. Espectres atòmics d'emissió. Teoria quàntica de Planck. Efecte fotoelèctric. Model atòmic de Bohr. Model mecanoquàntic de l'àtom. Números quàntics: n, l, ml i ms. Configuracions electròniques. Taula periòdica dels elements. Estructura electrònica i taula periòdica.

www.edebe.com

47


Propietats periòdiques: radi atòmic, radi iònic, energia d'ionització, afinitat electrònica, electronegativitat i caràcter metàl·lic.

Procediments Interpretació de les experiències atòmiques: model atòmic de Thomson i model atòmic de

Rutherford. Determinació del nombre atòmic, el nombre de massa i el nombre de neutrons de qualsevol

isòtop. Determinació de la massa atòmica d'un element. Interpretació de l'energia irradiada per un cos a partir de la teoria quàntica de Planck. Interpretació quàntica de l'efecte fotoelèctric. Determinació del nombre i el tipus d'orbital i del nombre d'electrons que correspon a cada nivell

atòmic. Elaboració de la configuració electrònica d'un àtom o un ió. Classificació periòdica dels elements. Relació entre l'estructura electrònica d'un element i la seua situació en la Taula Periòdica. Determinació del creixement i decreixement del radi atòmic, el radi iònic, l'energia d'ionització,

l'afinitat electrònica i l'electronegativitat al llarg dels grups i els períodes de la taula periòdica, i del caràcter metàl·lic o no metàl·lic dels elements.

Resolució de problemes on es relaciona la massa atòmica, l'abundància isotòpica i la massa isotòpica d'un element.

Resolució de problemes sobre l'efecte fotoelèctric.

Actituds, valors i normes Valoració crítica de les aplicacions dels avenços científics en la tecnologia. Apreciació de la capacitat humana de decisió en l'ús adequat o inadequat dels avenços científics. Reconeixement i valoració dels models científics i de la seua aportació a la resolució de

problemes en el món actual.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta: — Es recorden els conceptes de model científic, atracció i repulsió de les càrregues elèctriques,

element químic, quantitat de moviment i mol.— Es proposen activitats que permeten recordar i aplicar la teoria atòmica de Dalton, la massa

atòmica d'un element, el càlcul de la massa molecular, de l'energia cinètica i de la quantitat de moviment i les transformacions d'unitats.

En la unitat podem distingir quatre grans blocs: Estructura de l'àtom, Orígens de la teoria dels quanta, Mecànica quàntica aplicada a l'àtom i Classificació periòdica dels elements.

Estructura de l'àtom (pàg. 230 a 235) La unitat comença mostrant la importància del descobriment de la radioactivitat natural i del

coneixement de noves partícules que suggerien la no-indivisibilitat de l'àtom.


48


Mitjançant una exposició que destaca el mètode científic emprat, s'exposen les experiències que es van dur a terme en el tub de descàrrega i els raonaments que van conduir al descobriment de l'electró i del protó. Es descriu, amb l'ajuda d'una imatge, el model atòmic de Thomson.

Es presenta l'experiència de Rutherford i la seua conseqüència més directa, el descobriment del nucli atòmic i, per tant, la invalidesa del model de Thomson. A continuació, es comprova que és capaç d'explicar els fets experimentals.

Es mostra el descobriment del neutró. Es defineix el nombre atòmic i el nombre de massa i s'explica que un element es caracteritza pel

primer, mentre que la variació del segon determina l'existència d'isòtops. Finalment, es defineix la massa isotòpica i es relaciona la mescla d'isòtops amb l'abundància

isotòpica. Els exemples resolts 1 i 2 de la pàgina 235 reforcen els conceptes anteriors. En les pàgines 231, 233 i 235 es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de l'apartat.Orígens de la teoria dels quanta (pàg. 236 a 239) Es presenten les característiques d'una ona electromagnètica i, amb l'ajuda d'un exemple resolt

(exemple 3), la relació entre les seues magnituds característiques. Per a completar l'estudi de les ones electromagnètiques, s'ofereix la imatge de l'espectre electromagnètic des dels rajos gamma fins a les ones de ràdio llargues.

A continuació es defineix l'espectre d'emissió d'un element. Una imatge del muntatge i de l'espectre d'emissió de l'hidrogen facilita la comprensió de la discontinuïtat característica dels espectres atòmics.

Seguidament, la figura 7 mostra el gràfic de l'espectre d'emissió d'un cos i la línia que s'obté segons els càlculs de les lleis clàssiques. S'observa que no concorden i s'ofereix l'explicació elaborada per Max Planck, que sí que s'ajustava als resultats experimentals.

Després es presenta, mitjançant els tres gràfics que el caracteritzen, un altre fenomen que la física clàssica no era capaç d'explicar: l'efecte fotoelèctric. S'exposa com Albert Einstein va donar una explicació ajustada als resultats experimentals a partir de la teoria quàntica elaborada per Planck.

Finalment, s'enuncien algunes de les limitacions del model de Rutherford. Per a solucionar-les, Niels Bohr va elaborar un nou model de l'àtom. S'indiquen els postulats d'aquest model i es comparen les prediccions per a l'àtom d'hidrogen, presentades en un dibuix amb l'espectre d'emissió d'aquest àtom, i es comprova que coincideixen.

A més dels exercicis de les pàgines 237, 238 i 239 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera de síntesi, les activitats següents:

— Si el model atòmic de Rutherford s'ajustava als resultats experimentals obtinguts en l'experiment de Rutherford, per què va ser substituït?

— L'anàlisi de la radiació emesa per un cos i l'efecte fotoelèctric es poden considerar el primer pas cap a una física diferent de la física clàssica. Justificar aquesta afirmació.

Mecànica quàntica aplicada a l'àtom (pàg. 240 a 242) S'exposen les limitacions del model de Bohr, amb la finalitat d'introduir el nou model descriptiu

de l'àtom, el model mecanoquàntic. S'enuncien els aspectes més característics d'aquest model (dualitat ona-partícula i el principi d'indeterminació de Heisenberg) i algunes de les seues conseqüències més importants. Per a destacar el caràcter probabilístic de la mecànica quàntica, un quadre al marge presenta la definició i la representació gràfica d'un orbital.

www.edebe.com

49


A continuació es presenten els números quàntics, que caracteritzen els electrons de qualsevol àtom. Es mostren també les relacions que han de complir entre ells. Els orbitals resultants s'identifiquen a partir de les seues representacions gràfiques. La distribució d'orbitals i d'electrons per nivells, com a conseqüència dels números quàntics, es presenta en forma de taula.

Finalment, s'enuncien el principi d'exclusió de Pauli i la regla de Hund per a poder elaborar la configuració electrònica de qualsevol àtom. Una imatge de la configuració electrònica del reni (Z = 75) i un exemple resolt (exemple 4) il·lustren com es porta a la pràctica aquesta distribució d'electrons en nivells i orbitals.

A més dels exercicis de la pàgina 242 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a repàs, l'activitat següent:

— Explicar la dualitat ona-partícula, el principi d'indeterminació, el principi d'exclusió de Pauli i la regla de màxima multiplicitat de Hund.

Classificació periòdica dels elements (pàg. 243 a 248) S'expliquen alguns dels fets que van conduir a l'ordenació dels elements químics en la taula

periòdica i s'enuncia la forma actual de la llei periòdica. S'inclou la taula periòdica dels elements en la seua forma llarga.

A continuació, es relaciona l'estructura de la taula periòdica amb la configuració electrònica dels elements i s'identifiquen els grups de la taula periòdica amb els electrons de valència dels elements corresponents. Un exemple resolt (exemple 5) mostra la manera de relacionar un grup de la taula periòdica amb l'estructura electrònica de la capa de valència dels elements que el componen.

Finalment, es defineixen algunes propietats periòdiques (radi atòmic, radi iònic, energia d'ionització, afinitat electrònica i electronegativitat) i se n'estudia la variació al llarg dels grups i els períodes de la taula periòdica. Per a identificar la variació del radi atòmic i del radi iònic es mostren dues imatges: la primera conté alguns dels elements més representatius a escala segons el valor del seu radi, i la segona, alguns dels ions més comuns, també a escala. D'aquesta manera es pot apreciar també la variació que experimenta el radi d'un àtom quan s'ionitza.

Per a ajudar els alumnes a recordar el sentit de les variacions del radi atòmic, l'energia d'ionització, l'afinitat electrònica i l'electronegativitat, es presenten unes reproduccions de la taula periòdica, sense la columna dels gasos nobles, amb unes fletxes que indiquen el sentit d'augment d'aquestes magnituds al llarg de les files i de les columnes.

A més dels exercicis de les pàgines 244 i 248 del llibre de l'alumne, que permeten consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a repàs, les activitats següents:

— Dibuixar la forma de la taula periòdica, amb les seues files i les seues columnes. Pintar d'un color els elements representatius, d'un altre color els metalls de transició i d'un tercer color els metalls de transició interna. Identificar cada zona amb la capa de valència dels elements que s’hi troben.

— Dibuixar la forma de la taula periòdica sense la columna dels gasos nobles. Assenyalar amb fletxes el sentit d'augment del radi atòmic, de l'energia d'ionització, de l'afinitat electrònica i de l'electronegativitat al llarg de les files i de les columnes. Indicar si existeix alguna relació entre elles i justificar-la.

En l'apartat de Ciència i societat (pàg. 249) s'observa la relació entre l'estructura dels àtoms i els processos radioactius. A més, s'enuncien breument algunes de les dificultats de la seua aplicació perquè l'alumne/a reflexione sobre l'ús adequat o inadequat de les aplicacions de la ciència.


50


En la pàgina 251 del llibre de l'alumne es plantegen els exercicis 47 i 48 per a aprofundir en els avantatges i inconvenients de les aplicacions tecnològiques de la ciència i perquè l'alumne/a reflexione tant sobre els resultats immediats com sobre els resultats a mitjà i llarg termini.

En la Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 250) es pretén que l'alumne/a:— Aprofundisca en el càlcul de masses atòmiques.— Relacione l'efecte fotoelèctric amb les característiques corpusculars de la llum. En l'apartat d'Exercicis i problemes (pàg. 251) s'inclouen una sèrie d'exercicis per a comprovar

i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució, per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Pràctiques de laboratori Per al treball experimental d'espectres atòmics, i com a complement dels continguts

procedimentals i actitudinals, es recomana la realització de la primera part de la pràctica Anàlisi qualitatiu de cations, del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

Activitats d’avaluació Descriure l'evolució de l'estructura atòmica segons els diferents models atòmics elaborats pels

científics. Realitzar una xicoteta investigació bibliogràfica sobre els termes electró, protó i neutró i explicar

el motiu pel qual les tres partícules subatòmiques van rebre aquests noms. Identificar les fases del mètode científic en l'elaboració del model de Thomson i en l'elaboració

del model de Rutherford. Diferenciar clarament els conceptes d'element químic i d’isòtop. Escriure el nombre atòmic, el nombre de massa, el nombre de neutrons, el nombre de protons i

el nombre d'electrons a partir del símbol d'un isòtop determinat. Per exemple, resoldre l'exercici 33 de la pàgina 251.

Calcular la massa atòmica d'un element a partir de les masses dels seus isòtops i de les seues abundàncies relatives. Per exemple, resoldre l'exercici 43 de la pàgina 251.

Descriure com el model atòmic de Bohr explica l'espectre d'emissió de l'hidrogen. Participar en un col·loqui a classe sobre les raons que van obligar els científics a elaborar nous

models atòmics. D'aquesta manera el professor/a podrà avaluar l'obertura dels alumnes davant les noves idees, l'apreciació de l'aplicació del mètode científic i el respecte per les aportacions dels altres.

Elaborar la configuració electrònica de diversos àtoms i identificar la fila i la columna de la taula periòdica que els corresponen. Per exemple, resoldre l'exercici 37 de la pàgina 251.

Comparar dos elements qualssevol de la taula periòdica situats en el mateix grup o en el mateix període i determinar quin dels dos té més radi atòmic, més energia d'ionització, més afinitat electrònica i més electronegativitat.

Formar grups de treball i dur a terme una investigació sobre una reacció nuclear en cadena que es produïsca en una central nuclear de fissió o una reacció nuclear de fusió que estiga en estudi. Presentar l'equació química de la reacció, l'energia despresa, els productes i la possible contaminació... D'aquesta manera el professor/a podrà avaluar la capacitat de treball en grup, el respecte pel medi ambient i l'interés pels problemes que l’afecten.

www.edebe.com

51


UNITAT DIDÀCTICA 12: Formulació i nomenclatura inorgàniques

Objectius didàctics Comprendre el significat i la importància de la formulació i la nomenclatura químiques. Distingir les fórmules moleculars, empíriques i desenvolupades i interpretar la informació que

proporciona cada una. Diferenciar els compostos inorgànics dels orgànics. Comprendre el significat del nombre d'oxidació dels elements. Conéixer els nombres d'oxidació més freqüents dels elements representatius i dels metalls de

transició. Determinar el nombre d'oxidació amb el qual actua un element en una espècie química. Anomenar i formular els elements químics i els seus ions. Conéixer i utilitzar les regles generals per a la formulació dels compostos binaris més comuns, i

també les diferents formes de la seua nomenclatura. Formular i anomenar correctament els hidròxids, els oxoàcids més comuns i les sals que se’n

deriven. Comprendre el significat de la composició centesimal d'un compost i conéixer la manera de

calcular-la. Determinar la fórmula empírica i la fórmula molecular d'un compost a partir de la seua

composició centesimal i de la massa molecular. Valorar la importància d'un únic llenguatge dins de la Química. Reconéixer la importància dels nous compostos i materials, i valorar-ne críticament l’ús.

ContingutsConceptes Fórmules d'una substància química: fórmula empírica, fórmula molecular, fórmula

desenvolupada i fórmula estereoquímica. Compostos inorgànics. Nombre d'oxidació dels elements. Càrrega iònica. Elements. Ions monoatòmics. Combinacions binàries. Nomenclatura sistemàtica, nomenclatura de Stock i nom clàssic dels compostos químics.

Combinacions binàries amb l’hidrogen: hidràcids, hidrogen amb altres no metalls i hidrurs metàl·lics.

Hidròxids. Oxoàcids. Oxoanions. Sals, sals ternàries i sals àcides.

Procediments


52


Elecció de la fórmula adequada per a representar un compost químic. Determinació del nombre d'oxidació d'un element en un compost. Nomenclatura i formulació d'elements i ions monoatòmics. Formulació de compostos binaris. Nomenclatura de compostos binaris: sistemàtica, de Stock i nom clàssic. Formulació i nomenclatura d'hidràcids, combinacions binàries d'hidrogen amb altres no metalls i

hidrurs metàl·lics. Formulació i nomenclatura d'hidròxids. Formulació i nomenclatura d'oxoàcids i oxoanions. Nomenclatura sistemàtica funcional d'oxoàcids i oxoanions. Formulació i nomenclatura de sals ternàries i sals àcides. Nomenclatura sistemàtica de les sals. Resolució de problemes sobre composició centesimal, fórmules empíriques i fórmules

moleculars.

Actituds, valors i normes Valoració de l'existència d'un únic llenguatge dins de la Química. Interés per l'ús correcte de la notació científica. Reconeixement de la importància dels nous materials i valoració crítica de les seues aplicacions. Educació ambiental: valoració crítica de l'efecte d'algunes activitats industrials que deterioren el

medi ambient.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a la unitat:— Es recorden els conceptes de grup de la Taula Periòdica, ió, energia d'ionització, afinitat

electrònica i electronegativitat.— Les activitats permeten posar en pràctica procediments i habilitats apresos anteriorment. Es

proposen exercicis per a situar elements en la taula periòdica, diferenciar metalls i no metalls, determinar l'electronegativitat d'un element i aplicar la composició centesimal d'un compost.

En la unitat podem distingir huit grans blocs: Fórmules de les substàncies químiques, Nombre d'oxidació dels elements, Elements, Combinacions binàries, Hidròxids, Oxoàcids, Sals i Composició centesimal d'un compost.

Fórmules de les substàncies químiques (pàg. 254) La unitat comença definint què és una fórmula química i indicant-ne les classes, amb exemples

en cada cas. A continuació precisa que, com que la unitat se centrarà en els compostos inorgànics, només apareixeran fórmules empíriques o moleculars.


Nombre d'oxidació dels elements (pàg. 255 i 256) Es comença explicant el significat del nombre d'oxidació d'un àtom en un compost i les seues

diferències amb la càrrega iònica. A continuació es presenten els principals nombres d'oxidació

www.edebe.com

53


dels elements representatius i els metalls de transició en tres taules organitzades per grups i on es destaca la valència comú de cada grup.

Finalment, s'explica el procediment per a determinar el nombre d'oxidació d'un àtom en un compost i s'ajuda amb un exemple resolt (exemple 1).

A més dels exercicis de la pàgina 256 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a síntesi, les qüestions següents:

— Dir si coincideixen la càrrega iònica i el nombre d'oxidació del sodi en el clorur de sodi, NaCl. I la del clor? Això significa que han de coincidir sempre? Justificar la resposta.

— Explicar per què la suma algèbrica dels nombres d'oxidació dels àtoms que intervenen en la fórmula d'un ió no és igual a zero.

Elements (pàg. 257) Es presenten la formulació i la nomenclatura dels elements, segons el tipus d'unió que formen

(gasos monoatòmics, molècules o xarxes cristal·lines). A continuació, es formulen i s’anomenen els ions monoatòmics positius i els ions monoatòmics negatius.

En la pàgina 257 del llibre de l'alumne es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de l'apartat.

Combinacions binàries (pàg. 258 a 260) L'apartat s'inicia definint què és una combinació binària. Després s'explica com es formulen les

combinacions binàries i a continuació com s’anomenen. Per a la nomenclatura es presenten les tres possibilitats: nomenclatura sistemàtica, nomenclatura de Stock i nom clàssic. Un exemple resolt (exemple 2) permet observar com es duu a terme aquest procés en la pràctica.

Finalment, es presenta la formulació i la nomenclatura de les combinacions binàries amb l’hidrogen, que són diferents en el cas que es tracte d'hidràcids en dissolució aquosa.

A més dels exercicis de les pàgines 259 i 260 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a ampliació, les activitats següents:

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 260, titulat Àcids, i identificar quines de les combinacions binàries amb l’hidrogen ho són. A continuació, explicar per què reben un nom en estat gasós i un altre en dissolució aquosa.

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 260, titulat Cianurs, i anomenar i formular: cianur de sodi, cianur d'alumini, cianur de crom (II), cianur de bari, àcid cianhídric i cianur de bismut (III).

Hidròxids (pàg. 261) S'ensenyen la formulació i la nomenclatura dels compostos formats per un metall i el grup

hidròxid, OH. Un exemple resolt (exemple 3) permet observar l'aplicació del procediment explicat.

A més dels exercicis de la pàgina 261 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a ampliació, les activitats següents:

— Justificar si la fórmula d'un hidròxid pot ser del tipus: M2(OH).— Explicar si pot existir l'hidròxid de tribor.— Llegir el quadre del marge de la pàgina 261, titulat Peròxids, i determinar si la fórmula

molecular d'un peròxid pot contenir un únic àtom d'oxigen.Oxoàcids (pàg. 262 i 263) S'enuncia la fórmula general de tots els oxoàcids i, atés que són un nombre limitat, es presenten

tots en una taula, ordenats segons el nombre d'oxidació de l'element central. Seguidament, es


54


donen els exemples més significatius d'oxoàcids on l'element central és un metall. Finalment, es mostra la nomenclatura i la formulació dels oxoàcids segons la nomenclatura sistemàtica funcional.

A partir de la reacció de dissociació dels oxoàcids, que origina un o més ions hidrogen i un oxoanió, es presenten la formulació i la nomenclatura dels oxoanions. Finalment s'ensenya, per mitjà d'un exemple, la nomenclatura sistemàtica dels oxoanions.


Sals (pàg. 264 i 265) S'observa que la majoria de les combinacions binàries són sals i que la combinació d'un oxoàcid

amb un hidròxid també dóna lloc a una sal, però ternària. A continuació es presenten la formulació i la nomenclatura de les sals ternàries i la seua nomenclatura sistemàtica. Un exemple resolt (exemple 4) permet observar com s'apliquen aquestes regles de formulació i nomenclatura.

Finalment, s'ensenya el concepte de sal àcida i se’n presenten la formulació i la nomenclatura. A més dels exercicis de la pàgina 265 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar

els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a síntesi, les activitats següents:— Reconéixer, d'entre una sèrie de fórmules donades, els compostos binaris, els hidràcids, els

hidròxids, els oxoàcids, les sals ternàries i les sals àcides.— Posar dos exemples de compostos que es puguen anomenar mitjançant la nomenclatura

sistemàtica, la de Stock i el nom clàssic, i dos exemples que només tinguen un nom. A continuació, diferenciar-ne les dues classes.

Composició centesimal d'un compost (pàg. 266) Es defineix la composició centesimal d'un compost i es relaciona amb la fórmula empírica.

L'exemple resolt 5 ajuda a comprendre el procediment per a deduir la fórmula empírica i molecular a partir d'una composició centesimal coneguda.


En l'apartat Ciència i societat (pàg. 267) s'explica l'origen de la nomenclatura química, l'origen d'alguns dels elements químics i algunes de les seues aplicacions. Es remarca, sobretot, que alguns elements sense aplicació aparent en el moment que van ser descoberts són, en l'actualitat, part de nous materials.

En la pàgina 269 del llibre de l'alumne es plantegen els exercicis 62 i 63, perquè els alumnes reflexionen al voltant dels avantatges i els inconvenients de la ràpida aplicació dels avenços científics i tecnològics i valoren la contribució de la ciència i la tecnologia al progrés de la humanitat.

En l'apartat Exercicis i problemes (pàg. 268 i 269) s'inclouen una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució, per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Activitats d’avaluació Observar una sèrie de fórmules i classificar-les en empíriques, moleculars, desenvolupades i

estereoquímiques. Relacionar alguns nombres d'oxidació dels elements amb el grup de la taula periòdica al qual

pertanyen.

www.edebe.com

55


Determinar el nombre d'oxidació d'un element en una fórmula química donada. Per exemple, resoldre l'exercici 42 de la pàgina 268.

Formular i anomenar una sèrie d'espècies químiques: elements, ions monoatòmics, compostos binaris, hidràcids, hidròxids, oxoàcids, oxoanions, sals ternàries i sals àcides. Per exemple, resoldre els exercicis 45, 46, 54, 55 i 56 de les pàgines 268 i 269.

Anomenar cinc àcids i diferenciar-ne els hidràcids i els oxoàcids. Formular cinc compostos binaris i, entre ells, dues combinacions binàries amb hidrogen. Identificar i anomenar una sèrie d'espècies químiques. Buscar dues espècies químiques d'ús quotidià i assenyalar-ne el nom comú, la fórmula química, el

nom segons la nomenclatura sistemàtica o la de Stock i algunes de les característiques físiques i químiques.

Calcular la composició centesimal d'un compost a partir de la seua fórmula empírica, i al revés. Buscar la fórmula molecular d'un compost a partir de la seua composició centesimal i de la seua massa molecular.

Dur a terme una investigació bibliogràfica al voltant de les aplicacions dels elements d'un grup de la taula periòdica i dels compostos químics o combinacions dels quals formen part. Posar en comú les dades recollides. D'aquesta manera el professor/a podrà avaluar com valoren els alumnes la importància dels productes químics i el seu interés per descobrir la importància de les reaccions químiques en la societat actual.


56


UNITAT DIDÀCTICA 13: Enllaç químic

Objectius didàctics Comprendre el concepte químic d'enllaç. Entendre la tendència dels elements a formar enllaços i la relació entre aquesta tendència i la

disminució d'energia. Conéixer la regla de l'octet i les seues limitacions. Utilitzar la notació de Lewis per a representar els elements i les estructures moleculars senzilles. Deduir l'estructura electrònica dels ions més comuns i la seua càrrega. Comprendre la formació de l'enllaç iònic a partir de la transferència d'electrons. Comprendre la formació de l'estructura dels compostos iònics i el seu balanç energètic per a

arribar al concepte d'energia de xarxa. Utilitzar els models de Lewis i de la teoria de l'enllaç de valència per a justificar els enllaços

covalents en molècules senzilles. Distingir la valència iònica i la covalent, i conéixer-ne el valor per als elements més comuns. Reconéixer la importància de la polaritat dels enllaços covalents i de les molècules. Deduir la polaritat de les molècules diatòmiques i de les molècules poliatòmiques en casos

senzills. Comprendre l'enllaç metàl·lic a partir del model de núvol electrònic. Relacionar l'enllaç metàl·lic amb xarxes tridimensionals d'àtoms. Relacionar les forces intermoleculars i l'enllaç covalent. Conéixer les classes de forces intermoleculars i el seu efecte sobre les propietats de les

substàncies. Relacionar les propietats de les substàncies amb el tipus d'enllaç que presenten i utilitzar aquesta

relació per a deduir-ne les propietats més conegudes. Comprendre la relació entre el tipus d'enllaç d'una substància i les seues propietats físiques i

químiques. Valorar críticament les aplicacions dels avenços científics al camp dels nous materials.

ContingutsConceptes Enllaç químic: distància d'enllaç, energia d'enllaç i estabilitat de l'enllaç. Estructura de gas noble: regla de l'octet. Classes d'enllaços químics. Enllaç iònic. Formació d'un compost iònic. Estructura dels compostos iònics. Nombre de coordinació dels ions en els compostos iònics. Energia de xarxa. Enllaç covalent. Model de Lewis de l'enllaç covalent: enllaços simples, dobles i triples, i enllaç covalent

coordinat.

www.edebe.com

57


Teoria de l'enllaç de valència: enllaç covalent simple, múltiple i coordinat. Enllaç covalent polar. Molècules polaritzades: geometria molecular i polaritat. Enllaç metàl·lic. Model del núvol electrònic. Enllaços intermoleculars: forces de dispersió, atracció dipol-dipol i enllaç d'hidrogen. Tipus de substàncies segons els seus enllaços.

Procediments Determinació de l'estabilitat d'un enllaç químic. Aplicació de la regla de l'octet. Identificació de les diferents classes d'enllaços químics. Càlcul de l'energia de xarxa. Relació entre l'energia de xarxa i l'estabilitat d'un compost iònic. Elaboració de l'estructura de Lewis d'un àtom, una molècula o un ió. Formació i representació dels enllaços covalents segons el model de Lewis i segons la teoria de

l'enllaç de valència. Determinació de la polaritat d'una molècula segons la seua geometria i la polaritat dels seus

enllaços. Descripció de l'enllaç metàl·lic. Relació entre les característiques dels compostos metàl·lics i els seus tipus d'enllaç. Identificació dels enllaços intermoleculars. Classificació de les substàncies segons els seus enllaços. Resolució de problemes relacionats amb l'energia de formació dels compostos iònics i amb les

estructures de Lewis.

Actituds, valors i normes Valoració de la capacitat de la ciència per a donar resposta a les necessitats humanes. Valoració crítica dels avenços científics aplicats al camp dels nous materials. Interés i responsabilitat en els treballs en grup.

Activitats d’aprenentatge Els objectius mostren la intenció de la unitat. Es presenten perquè l'alumne/a sàpia el que haurà

d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a la unitat:— Es recorden els conceptes d'ordenació de la taula periòdica, semblança de propietats, nombre

d'oxidació, ió i el model atòmic de Bohr.— Les activitats permeten posar en pràctica procediments i habilitats apresos anteriorment. Es

proposen exercicis per a practicar la nomenclatura dels compostos químics, la formulació i l'estructura electrònica d'elements i per a recordar el concepte d'orbital.

En la unitat podem distingir sis grans blocs: Concepte d'enllaç químic, Enllaç iònic, Enllaç covalent, Enllaç metàl·lic, Enllaços intermoleculars i Tipus de substàncies segons els seus enllaços.


58


Concepte d'enllaç químic (pàg. 272 i 273) La unitat comença amb la definició d'enllaç químic i, a continuació, relaciona la distància entre

els àtoms que formen l'enllaç amb l'energia d'enllaç i amb la seua estabilitat. S'observa després que els àtoms més estables són els que adquireixen l'estructura de gas noble i que, per a fer-ho, molts àtoms, especialment els dels elements representatius, compleixen la regla de l'octet.

Finalment, s’anomenen les classes d'enllaços químics segons l'espècie química que s’unisca. En el quadre del marge de la pàgina 273 del llibre de l'alumne, titulat Notació de Lewis, s'explica

el més fonamental per a representar, mitjançant la notació de Lewis, qualsevol àtom o molècula. A més de l'exercici de la pàgina 273 del llibre de l'alumne, que es planteja per a consolidar els

continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a reflexió, les activitats següents:— Dir si tots els elements de la taula periòdica posseeixen capacitat per a formar enllaços. En el cas

que no siga així, esmentar tres elements que no els formen.— Justificar si formaran el mateix tipus d'enllaç un ió sodi, un àtom de coure i una molècula

d'hidrogen.Enllaç iònic (pàg. 274 a 276) A partir de la formació d'ions positius i d'ions negatius, es descriuen les espècies químiques que

formen l'enllaç iònic, el qual es defineix com a la unió tridimensional d'aquests ions. A continuació es presenta esquemàticament la formació del compost iònic clorur de sodi i, mitjançant un dibuix, es representa la disposició dels ions sodi i clorur en el cristall.

A partir de l'enumeració dels factors que influeixen en la disposició espacial dels ions en el cristall, es defineix el concepte de nombre de coordinació d'un ió en un cristall i es mostra gràficament la coordinació dels ions clorur i dels ions sodi en el cristall de clorur de sodi.

A continuació s'analitza la reacció de formació del clorur de sodi i, per a poder observar les variacions d'energia, s'estudia la reacció directa i per etapes. A partir d'ací, es defineix l'energia de xarxa o energia reticular. Finalment, es relaciona l'energia reticular de cada compost iònic amb la seua estabilitat.

A més dels exercicis de la pàgina 276 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera de pràctica, l'activitat següent:

— Utilitzar la taula periòdica i el quadre del marge de la pàgina 274, titulat València iònica, per a formular i anomenar dos compostos iònics.

Enllaç covalent (pàg. 277 a 281) S’anomenen algunes substàncies que no poden ser iòniques i es caracteritzen pel fet de tindre

enllaç covalent. S'explica la formació de l'enllaç covalent segons el model de Lewis i es distingeix entre enllaç covalent simple, doble i triple. En el quadre del marge de la pàgina 277 del llibre de l'alumne, titulat Estructures de Lewis, es presenten dues de les característiques fonamentals de l'estructura de Lewis de qualsevol molècula.

Amb la finalitat d'introduir l'enllaç covalent coordinat, es presenta l'ió amoni i es remarca que el seu enllaç no pot ser semblant als enllaços covalents que s'han estudiat fins al moment. D’aquesta manera es dedueix l'existència d'aquest nou enllaç covalent i s'expliquen les característiques segons el model de Lewis.

Després de descriure l'enllaç covalent a partir del model de Lewis, s'introdueix la teoria de l'enllaç de valència, que deriva de la mecànica quàntica. A partir d'aquesta teoria de l'enllaç de valència, es presenten els enllaços simples, els múltiples i l'enllaç covalent coordinat com a enllaços moleculars formats a partir de la superposició de dos orbitals atòmics semiocupats, o d'un orbital atòmic ple i un altre buit en el cas del covalent coordinat. Uns esquemes basats en la

www.edebe.com

59


configuració electrònica dels àtoms enllaçats permeten visualitzar-los i, per tant, ajuden a comprendre aquesta teoria.

Finalment, es destaca que no tots els àtoms atrauen els electrons de la mateixa manera i a partir d'ací s'elabora la definició d'enllaç covalent polar. Una imatge de la distribució electrònica al voltant d'un enllaç covalent, d'un enllaç covalent polar i d'un enllaç iònic en permet observar les diferències.

S'enuncien les condicions necessàries perquè una molècula estiga polaritzada i es remarca que la polarització d'una molècula és deguda a la distribució global de les seues càrregues. En una taula amb imatges representatives, es relaciona la polarització d'algunes molècules amb la seua geometria molecular i amb la suma vectorial dels moments dipolars.

A més dels exercicis de la pàgina 281 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera de síntesi, les activitats següents:

— Identificar les diferències entre gas clor i gas amoníac (solubilitat, punt de fusió...) i relacionar-les amb les característiques de les seues molècules.

— Posar dos exemples de substàncies apolars i dos exemples de substàncies polars. I la següent activitat d'ampliació:— Llegir el quadre del marge de la pàgina 280 del llibre de l'alumne, titulat Electronegativitat i

enllaç, i classificar cinc compostos en iònics, covalents apolars i polars.Enllaç metàl·lic (pàg. 282) Es recorda que la majoria dels elements són metalls i es descriu l'enllaç metàl·lic segons el

model de núvol electrònic. Finalment, es representen algunes de les estructures metàl·liques més comuns, pròpies de l'empaquetament compacte dels metalls.

A més dels exercicis de la pàgina 282 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera de síntesi, l'activitat següent:

— Relacionar les característiques del model de núvol electrònic amb les propietats dels metalls: conductivitat tèrmica i elèctrica, opacitat, etc.

Enllaços intermoleculars (pàg. 283) Mitjançant la invitació a reflexionar sobre les forces d'atracció entre molècules covalents, es

presenten les forces de dispersió, l'atracció dipol-dipol i l'enllaç d'hidrogen. A més de definir-les, s'estudia quines molècules les poden presentar i quines característiques tenen. Unes imatges permeten observar aspectes concrets, com ara la formació d'un dipol instantani, un dipol induït, l'orientació de l'atracció dipol-dipol o els enllaços intramoleculars (enllaç covalent polar) i intermoleculars (pont d'hidrogen) del fluorur d'hidrogen.

A més dels exercicis de la pàgina 283 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a pràctica, l'activitat següent:

— Identificar el tipus de força intermolecular d'algunes substàncies. Per exemple, l'amoníac líquid, l'heli líquid, el bromur d'hidrogen líquid, etc.

Tipus de substàncies segons els seus enllaços (pàg. 284) En una taula s'ordenen els diferents tipus d'enllaços, quines partícules presenten, quines són les

propietats més importants que tenen i alguns exemples característics. En la pàgina 284 del llibre de l'alumne es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de

l'apartat. En l'apartat Ciència i societat (pàg. 285) es presenta un material molt antic, el vidre, algunes

fites de la seua història i dues de les seues aplicacions més recents.


60


En l'exercici 56 de la pàgina 287 se sol·licita una investigació bibliogràfica sobre la fibra de vidre, dues de les seues aplicacions i els contaminants derivats de la seua elaboració. D'aquesta manera els alumnes podran reflexionar al voltant de les aplicacions tecnològiques de la ciència i els perjudicis que poden ocasionar al medi ambient.

En la Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 286) es pretén que l'alumne/a aprofundisca en el càlcul de l'energia de xarxa i en l'elaboració d'estructures de Lewis de les molècules.

En l'apartat Exercicis i problemes (pàg. 287) s'inclouen exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució, per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Activitats d’avaluació Justificar el motiu pel qual els àtoms formen enllaços i per què els gasos nobles en constitueixen

una excepció. Escriure la reacció de formació per etapes d'un o més compostos iònics i calcular-ne l’energia

reticular. Per exemple, resoldre l'exercici 53 de la pàgina 287. Analitzar diverses molècules covalents i elaborar-hi les estructures de Lewis i els enllaços

segons la teoria de l'enllaç de valència. Per exemple, de l'aigua, l'ió hidroxil, l'amoníac, l'etilé, el diòxid de nitrogen.

Esmentar tres exemples d'enllaços covalents polaritzats, i assenyalar-ne el sentit de la polarització, i tres exemples d'enllaços covalents no polaritzats. A continuació, esmentar dues molècules apolars i dues molècules polars, formades per dos tipus d'àtoms diferents com a mínim.

Elaborar un xicotet informe on s'explique per què els metalls tenen estructures compactes i esmentar algunes diferències amb les estructures formades per enllaços iònics i, sobretot, per enllaços covalents.

Formular i esmentar dos compostos covalents que només presenten enllaç covalent i dos compostos covalentes que presenten, a més, forces intermoleculars. Indicar-ne les semblances i les diferències.

Fer un debat al voltant del tema següent: Importància de l'existència de l'enllaç d'hidrogen per a la vida en la Terra.

Exposar oralment les diferències entre compost iònic, compost covalent i compost metàl·lic. Classificar una sèrie de substàncies segons el tipus d'enllaç i enumerar-ne les principals

característiques (forces d'enllaç, solubilitat, punt de fusió, conductivitat elèctrica...). Realitzar experiments senzills de laboratori que permeten classificar les substàncies tenint en

compte algunes de les seues propietats fonamentals, com ara la solubilitat, el punt de fusió i la conductivitat elèctrica.

Formar grups de treball i descriure les característiques que hauria de tindre un material ignífug, un aïllant tèrmic i un aïllant elèctric per a complir les seues funcions. A continuació, proposar el tipus d'enllaç que hauria de presentar. Després, realitzar una xicoteta investigació bibliogràfica per a trobar un exemple comercial de cada un i per a determinar-ne el tipus d'enllaç. Finalment, posar en comú els resultats obtinguts. D'aquesta manera el professor/a podrà avaluar si els alumnes relacionen l'enllaç de les substàncies amb les propietats que presenten.

www.edebe.com

61


UNITAT DIDÀCTICA 14: Reaccions químiques

Objectius didàctics Interpretar les reaccions químiques com a processos de transformació d'unes substàncies en unes

altres. Escriure i ajustar equacions químiques que incloguen l'estat físic dels components. Distingir-hi

els reactius i els productes. Interpretar equacions químiques ajustades en termes atòmicomoleculars i molars. Classificar reaccions químiques segons si són de síntesi, de descomposició, de desplaçament o de

doble desplaçament. Determinar la massa o el volum d'un reactiu o un producte d'una reacció química, coneguda la

massa d'un altre component. Identificar el reactiu limitant d'un procés químic, conegudes les dades dels reactius, i efectuar els

càlculs estequiomètrics corresponents. Resoldre problemes de càlcul amb dades de reactius en dissolució. Resoldre problemes de càlculs estequiomètrics, conegut el percentatge de riquesa d'un dels

reactius o el rendiment global de la reacció. Reconéixer els avantatges i els inconvenients de la indústria química actual. Descriure els processos d'obtenció del carbonat de sodi i de l'amoníac a partir de les reaccions

químiques que hi tenen lloc

ContingutsConceptes Reacció química. Equació química. Significat qualitatiu d'una equació química. Ajustament de les equacions químiques. Significat quantitatiu d'una equació química. Tipus de reaccions químiques: de síntesi, de descomposició, de desplaçament i de doble

desplaçament. Càlculs basats en les equacions químiques: amb masses, amb volums de gasos en CN i amb

volums en condicions no normals. Reactiu limitant. Càlculs amb reactius en dissolució. El rendiment en les reaccions químiques. Obtenció industrial de materials: carbonat de sodi i amoníac. La pluja àcida. L'efecte hivernacle.

Procediments Identificació dels reactius i els productes d'una reacció química.


62


Determinació dels coeficients d'una equació química pel mètode de tempteig i pel mètode del sistema d'equacions.

Interpretació atòmicomolecular i interpretació molar d'una equació química. Identificació dels diferents tipus de reaccions químiques. Resolució de problemes amb equacions químiques: càlculs amb masses, amb volums de gasos en

CN i amb volums de gasos en condicions no normals. Resolució de problemes amb reactiu en excés i amb reactius en dissolució. Aplicació del rendiment d'una reacció química. Resolució de problemes on apareguen càlculs estequiomètrics amb reactiu limitant o en

dissolució. Identificació de les etapes en la síntesi industrial del carbonat de calci i de l'amoníac. Identificació de les causes del deteriorament del medi ambient. Determinació de mesures per a evitar la contaminació industrial.

Actituds, valors i normes Valoració crítica dels avenços científics i tecnològics. Interés per l'aplicació industrial dels avenços científics i tecnològics. Educació ambiental: valoració crítica dels efectes d'algunes activitats industrials que deterioren

el medi ambient.


d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a la unitat:— Es recorden els conceptes de compost iònic, mol, condicions normals i volum molar.— Les activitats permeten posar en pràctica procediments i habilitats apresos anteriorment. Es

proposen exercicis per a practicar la formulació de compostos químics, la nomenclatura, la determinació de masses molars i la transformació de temperatures d'unes unitats en unes altres.

En la unitat podem distingir set grans blocs: Concepte de reacció química, Equacions químiques, Tipus de reaccions químiques, Càlculs estequiomètrics, El rendiment en les reaccions químiques, Obtenció industrial de materials i Indústria química i medi ambient.

Concepte de reacció química (pàg. 290) A partir de la descripció d'una reacció química se n'introdueix el concepte. A continuació, amb

una imatge, es descriu el procés de ruptura i formació d'enllaços que caracteritza qualsevol reacció química.

A més dels exercicis de la pàgina 290 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a ampliació, l'activitat següent:

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 290 del llibre de l'alumne, titulat Importància dels canvis químics, i buscar exemples de reaccions de combustió, de fermentació, de la digestió humana dels aliments i d'una reacció química que s'utilitze en la indústria.

Equacions químiques (pàg. 291 a 294) Es descriu la reacció observada en l'apartat anterior i s'indica que una persona que desconega el

valencià no podrà interpretar-ne el significat. D’aquesta manera s'arriba a la definició d'equació química i a la necessitat d'escriure-la de manera que tinga un significat unívoc.

www.edebe.com

63


A partir de l'expressió d'una equació química es donen les normes d'escriptura i interpretació de qualsevol equació química i el seu significat qualitatiu. A continuació s'iguala el nombre d'àtoms de cada element per als reactius i els productes d'una equació química i s’anomena i es defineix aquesta operació. Seguidament es presenten dos mètodes d'ajustament, que s'apliquen en dos exemples resolts (exemples 1 i 2).

Finalment, s'interpreta quantitativament l'equació química ajustada de la descomposició del clorat de potassi. De la relació molecular que es desprén directament de l'equació química ajustada es passa, multiplicant pel nombre d'Avogadro, a la relació molar i, recordant el volum d'un mol de gas en CN, a la relació entre volums de gasos.

A més dels exercicis de les pàgines 293 i 294 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a síntesi, l'activitat següent:

— Ajustar tres equacions químiques i donar-ne el significat qualitatiu i quantitatiu.Tipus de reaccions químiques (pàg. 295 i 296) Es presenten les reaccions químiques classificades segons els mecanismes d'intercanvi que s’hi

produeixen. Cada tipus de reacció va acompanyada de la seua definició, uns exemples de reaccions d'aquest tipus preses de la indústria, la descripció d'un mètode identificatiu i la imatge del muntatge d'un dels exemples d'aquest tipus de reacció.

A més dels exercicis de la pàgina 296 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a ampliació, l'activitat següent:

— Observar els exemples acompanyats d'imatges que apareixen en les pàgines 295 i 296 del llibre de l'alumne i descriure com podem saber que s'ha produït una reacció química.

Càlculs estequiomètrics (pàg. 297 a 303) Aquest apartat pretén que els alumnes adquirisquen les estratègies de resolució de problemes a

partir de les equacions químiques. Per a fer-ho, s'han proposat exemples resolts de càlculs amb masses (exemple 3), de càlculs amb volums en condicions normals (exemples 4, 5 i 6), de càlculs amb volums en condicions no normals (exemples 7 i 8), de càlculs amb reactiu limitant (exemple 9) i de càlculs amb reactius en dissolució (exemples 10 i 11). En cada cas, s'han afegit les expressions que es necessitaven (per exemple, l'equació dels gasos ideals).

A més dels exercicis de les pàgines 297, 299, 301, 302 i 303 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a repàs, l'activitat següent:

— Un problema de reaccions químiques amb càlculs teòrics, és a dir, que tinga com a dades inicials m grams o n mols de substància, de massa molecular Mr, i on calga trobar la massa o el volum final d'un dels productes de la reacció.

El rendiment en les reaccions químiques (pàg. 304) Es recorda com cal procedir per a calcular la quantitat de producte que esperem obtenir d'una

reacció química. A continuació s'enuncien les causes per les quals els rendiments de les reaccions químiques no solen ser en la pràctica del 100 %. Un exemple resolt (exemple 12) permet observar com s'aplica el rendiment de les reaccions químiques en un cas concret.

A més dels exercicis de la pàgina 304 del lliure de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a ampliació, l'activitat següent:

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 304 del llibre de l'alumne, titulat La puresa dels reactius, i resoldre un exercici semblant a l'exemple donat.

Obtenció industrial de materials (pàg. 305 i 306)


64


S'introdueix l'apartat recordant que una important aplicació dels processos químics és la síntesi industrial i que cal tindre’n en compte les repercussions, tant les positives (la seua utilitat) com les negatives (contaminació, esgotament de les primeres matèries, accidents...). A continuació es presenten dos processos industrials molt coneguts, la síntesi del carbonat de sodi pel mètode Solvay i la síntesi d'Haber de l'amoníac. Cada procés va acompanyat de les reaccions que s’hi produeixen, les fases en què es duen a terme i algunes de les utilitats del producte.

En la pàgina 306 de llibre de l'alumne es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de l'apartat.

Indústria química i medi ambient (pàg. 307 a 309) Aquest apartat comença estudiant tres de les causes del deteriorament del medi ambient per part

de la indústria: l'ús de fonts d'energia contaminants i les seues importants conseqüències: la pluja àcida i l'efecte hivernacle; els productes o subproductes de les reaccions químiques que arriben al medi ambient en forma de gasos o a través de deixalles; i, finalment, la utilització d'alguns productes químics la toxicitat dels quals no era coneguda quan es van descobrir.

A continuació s’esmenten algunes mesures adreçades a evitar aquesta contaminació. Entre elles es troben: l'aprofitament de les emissions gasoses, la purificació de les aigües residuals, la degradació de productes i el reciclatge de residus sòlids.

L'apartat finalitza amb la descripció de dos problemes mediambientals de gran actualitat: la pluja àcida i l'efecte hivernacle.

En la pàgina 308 del llibre de l'alumne es plantegen dos exercicis perquè l'alumne consolide els continguts de l'apartat.

En l'apartat Ciència i societat (pàg. 310) s'explica el procés de fabricació del paper i les seues repercussions mediambientals.

En l'exercici 53 de la pàgina 311 es demana investigar els avantatges i els inconvenients del paper reciclat, preparar un informe i organitzar un col·loqui al voltant de les opcions capaces d'evitar la tala massiva d'arbres. Aquestes activitats permeten reflexionar sobre les conseqüències per al medi ambient de les necessitats humanes i sobre la limitació de les primeres matèries en general i dels arbres en particular.

A més, el professor/a pot proposar un estudi dels materials que s'utilitzen en el blanquejament del paper, tant el que es fabrica a partir dels arbres com el reciclat, i dels seus perills mediambientals.

En l'apartat Exercicis i problemes (pàg. 311) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució, per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Pràctiques de laboratori Per al treball experimental, i com un complement dels continguts procedimentals i actitudinals,

es recomana la realització de la segona part de la pràctica Anàlisi qualitatiu de cations, del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

Activitats d’avaluació Triar una reacció química, per exemple la reacció de l'àcid sulfúric amb l'hidròxid de sodi,

identificar-hi els reactius i els productes, escriure l'equació química corresponent, igualar l'equació i interpretar-la des del punt de vista atòmicomolecular i des del punt de vista molar.

Buscar exemples de reaccions químiques en la vida quotidiana (encendre un misto, aplicar aigua oxigenada a una ferida...) i indicar-ne el tipus de reacció de què es tracta.

www.edebe.com

65


Resoldre problemes que incloguen càlculs amb masses, volums en condicions normals i en condicions no normals, reactiu limitant, reactius en dissolució i rendiments. Per exemple, resoldre els exercicis 42, 44, 47, 49, 51 i 52 de la pàgina 311 del llibre de l'alumne.

Formar grups de treball, seleccionar una síntesi química industrial, buscar bibliografia i elaborar un treball que incloga:

Reaccions del procés. Condicions de cada reacció i rendiment. Procedència i abundància actual dels reactius. Usos dels productes. Han comportat alguna millora en la qualitat de vida de les persones? Contaminació produïda per l'empresa: de l'aire, de l'aigua, del sòl, acústica, d’altre tipus. D'aquesta manera el professor/a podrà avaluar la capacitat de treball en grup de l'alumne/a, el

seu respecte per les aportacions dels companys i companyes, el seu interés pels problemes mediambientals derivats de les aplicacions tecnològiques de la ciència i la seua valoració de la capacitat de la ciència per a solucionar alguns problemes de la humanitat.

Dissenyar i dur a terme dues reaccions senzilles de laboratori, escriure’n les equacions químiques corresponents i ajustar-les. Posar una atenció especial a l'ús adequat del material i els productes emprats.


66


UNITAT DIDÀCTICA 15: Termoquímica, cinètica i equilibri

Objectius didàctics Reconéixer l'existència d'un intercanvi d'energia quan es produeix una reacció química. Distingir les reaccions endotèrmiques i les exotèrmiques i justificar-ne l’existència. Expressar i interpretar correctament les equacions termoquímiques. Identificar l'entalpia de reacció amb la calor de reacció a pressió constant i fer-la servir en els

càlculs amb reaccions en aquestes condicions. Utilitzar la llei de Hess per a determinar entalpies de reacció. Reconéixer el concepte de velocitat de reacció i el seu caràcter experimental. Utilitzar la teoria de les col·lisions i la teoria de l'estat de transició per a explicar com ocorren les

reaccions. Identificar i justificar els factors més importants que influeixen en la velocitat d'una reacció. Explicar com actuen els catalitzadors i distingir-ne entre catàlisi positiva i catàlisi negativa. Descriure en què consisteix l'estat d'equilibri químic a partir de les velocitats de reacció directa i

inversa. Expressar correctament la constant d'equilibri en reaccions homogènies i indicar en quines

magnituds ve expressada. Determinar el valor de la constant d'equilibri a partir de les concentracions en equilibri. Enunciar el principi de Le Chatelier i aplicar-lo per a determinar com es reajusta un equilibri

quan s'hi introdueixen canvis.

ContingutsConceptes Intercanvi d'energia en les reaccions químiques. Calor de reacció: reaccions endotèrmiques i exotèrmiques. Calor de reacció a volum constant i calor de reacció a pressió constant. Entalpia de reacció. Entalpia estàndard de reacció. Llei de Hess. Cinètica química. Velocitat de reacció. Teoria de les col·lisions. Teoria de l'estat de transició: energia d'activació. Factors que influeixen en la velocitat de reacció. Catalitzadors i tipus de catalitzadors. Equilibri químic. Estat d'equilibri. Característiques de l'equilibri. La constant d'equilibri. Principi de Le Chatelier.

www.edebe.com

67


Procediments Relació entre l'energia total dels reactius i dels productes i l'absorció o la cessió d'energia amb el

medi. Identificació de les reaccions endotèrmiques i exotèrmiques. Determinació del caràcter endotèrmic o exotèrmic d'una reacció segons el signe de la variació

d'entalpia. Resolució de problemes amb càlculs d'entalpies. Aplicació de la llei de Hess al càlcul d'entalpies de reacció. Resolució de problemes on cal aplicar la llei de Hess. Descripció d'una reacció química a partir de la teoria de les col·lisions i de la teoria de l'estat de

transició. Identificació dels factors que influeixen en la velocitat de reacció i descripció de la seua

influència. Identificació de l'estat d'equilibri d'un sistema. Càlcul i aplicació de la constant d'equilibri. Aplicació del principi de Le Chatelier. Resolució de problemes on cal calcular la constant d'equilibri d'una reacció química i utilitzar-la

per a trobar concentracions en l'equilibri.

Actituds, valors i normes Actitud reflexiva davant els avenços científics i la seua possible aplicació en la millora de la

qualitat de vida. Valoració de les aportacions, positives i negatives, dels nous productes creats per mitjà de

processos químics. Valoració de la capacitat de la ciència per a donar resposta a les necessitats humanes.


d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a la unitat:— Es recorden els conceptes de reacció química i els seus coeficients, el primer principi de la

Termodinàmica i la funció d'estat.— Les activitats permeten posar en pràctica procediments i habilitats apresos anteriorment. Es

proposen exercicis per a escriure equacions químiques ajustades, recordar la unitat d'energia, calcular la molaritat a partir de la massa i el volum i al revés, i diferenciar un procés físic d’un altre químic.

En la unitat podem distingir cinc grans blocs: Intercanvi d'energia en les reaccions químiques, Llei de Hess, Cinètica química, Reaccions de combustió i Equilibri químic.

Intercanvi d'energia en les reaccions químiques (pàg. 314 a 317) L'apartat comença mostrant, per mitjà d'un quadre, els intercanvis d'energia que acompanyen les

reaccions químiques i, a partir d'unes imatges, alguns dels tipus d'energia que s'intercanvien. A continuació, se centra en l'energia que s'intercanvia més habitualment quan es produeix una reacció química, la calor.


68


En el quadre al marge, es destaquen els conceptes de sistema i medi, i es descriuen, amb l'ajuda d'imatges, els tres tipus de sistemes que existeixen: oberts, tancats i aïllats.

A partir d'una taula comparativa on apareixen els gràfics de dues reaccions, es distingeix entre reaccions endotèrmiques i reaccions exotèrmiques.

Atés que les reaccions més comunes es duen a terme a volum constant (recipients tancats) o a pressió constant (recipients oberts a l'atmosfera), es defineix la calor de reacció a volum constant i la calor de reacció a pressió constant i s'observa que la primera és igual a la variació d'energia interna del sistema, per la qual cosa es dedueix que no depén del procés que seguisca la reacció.

Després s'introdueix una nova funció d'estat, l'entalpia, i es planteja que el seu increment és igual a la calor a pressió constant. A continuació es descriuen les característiques i, en un quadre, es descriu com es poden diferenciar les reaccions pel signe de l'entalpia.

Seguidament, s'introdueix la magnitud entalpia estàndard i es descriu una reacció química on apareix aquesta magnitud. A continuació es presenta l'entalpia molar estàndard de formació i s'utilitza en la descripció d'una reacció de formació. L'aplicació de l'increment d'entalpia es mostra en l'exemple 1.

En les pàgines 315 i 317 del llibre de l'alumne es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de l'apartat.

Llei de Hess (pàg. 318 i 319) Es descriu un procés químic mitjançant una única reacció i mitjançant una reacció per etapes que

s'utilitza com a exemple per a enunciar la llei de Hess. A continuació, s'aplica la llei de Hess per a calcular l'entalpia estàndard de formació del metà (exemple 2).

A més dels exercicis de la pàgina 319 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, com a síntesi, les activitats següents:

— Explicar les condicions necessàries per a poder aplicar la llei de Hess.— Relacionar la llei de Hess amb el principi de conservació de l'energia.— Aplicar la llei de Hess a una reacció, conegudes les entalpies de formació dels reactius i dels

productes.Cinètica química (pàg. 320 a 323) Es defineix el concepte de cinètica química i s'enuncien els aspectes que tracta per a arribar al

concepte de velocitat de reacció. Amb la finalitat d'interpretar per què existeixen reaccions ràpides i lentes i per què determinats factors són capaços de modificar la velocitat de reacció, s'estudien la teoria de les col·lisions i la teoria de l'estat de transició, que permeten conéixer el que succeeix en les molècules de les substàncies quan reaccionen.

Abans d'estudiar els factors que influeixen en la velocitat de reacció, es diferencien els sistemes homogenis dels heterogenis. A continuació s'expliquen aquests factors, s'observa, amb l'ajuda d'imatges, com influeixen en la velocitat de reacció i s'utilitza la teoria de les col·lisions per a explicar aquesta influència. Després es presenten els dos tipus de catalitzadors que existeixen i es destaca la seua acció sobre l'energia del complex activat, amb l'ajuda de dos gràfics.


Reaccions de combustió (pàg. 324) Es defineix una reacció de combustió, i el combustible i el comburent que hi intervenen. Es

remarca la importància actual d'aquestes reaccions i se citen reaccions de combustió en la vida quotidiana.

S'indiquen els productes de la reacció i s'apliquen aquests conceptes en l'exemple resolt 3.

www.edebe.com

69


Equilibri químic (pàg. 325 a 328) Es recorden les reaccions que s'han estudiat fins a aquest moment i es passa a presentar una

reacció els productes de la qual reaccionen entre ells i tornen a donar els reactius. La presentació en forma de quadre de les dues reaccions, directa i inversa, i la imatge d'aquestes reaccions serveixen de suport per a presentar el concepte d'estat d'equilibri.

A continuació s'estudien les característiques de l'equilibri mitjançant un gràfic velocitat-temps i un gràfic concentració-temps. Seguidament, s'estudia la reacció de formació del iodur d'hidrogen i les seues velocitats de reacció directa i inversa per a introduir el concepte de la constant d'equilibri i aprendre a calcular-la mitjançant la llei d'acció de masses. Uns exemples permeten observar la llei d'acció de masses per a diverses reaccions reversibles i, en un exemple resolt, es calcula la constant d'equilibri a partir de quantitats inicials expressades en volum (exemple 4).

Finalment, s'enuncia el principi de Le Chatelier i es reflexiona sobre com afecta a l'equilibri químic una alteració d'algun dels factors (temperatura, pressió o concentracions) que intervenen en aquest equilibri. Per a aclarir aquesta influència, es descriuen les conseqüències de cada un d'aquests canvis en general i per a la reacció de formació de l'amoníac.

A més dels exercicis de les pàgines 327 i 328 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera d'ampliació, les següents activitats:

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 328 del llibre de l'alumne, titulat Catalitzadors i equilibri, i explicar per què afegir un catalitzador a una reacció en equilibri no modifica aquest estat.

— Calcular la constant d'equilibri d'una reacció a partir de les lleis de velocitat directa i inversa i comparar-la amb l'expressió obtinguda a partir de la llei d'acció de masses.

En Ciència i societat (pàg. 329) es presenten alguns dels usos, diferents de la propulsió de vehicles, de l'energia procedent dels combustibles. Se’n mostra l’ús en l'Antiguitat i l’ús actual. D'aquesta manera es pot reflexionar al voltant dels avenços científics i tècnics però adonant-se que moltes de les aplicacions més comunes de l'energia dels combustibles es van iniciar en l'Antiguitat.

Per a analitzar l'energia que es pot desprendre d'una reacció química, sobretot de les combustions, i el seu aprofitament per a l'ésser humà es poden dur a terme activitats com les següents:

— Comparar la font d'energia que utilitzaven els egipcis en la producció del vidre (tercer mil·lenni abans de Crist) i les fonts d'energia actuals.

— Analitzar els mètodes de calefacció utilitzats en les cases en l'Edat Mitjana (combustibles utilitzats, contaminació) i comparar-los amb els que s’empren en l'actualitat.

— Efectuar una investigació bibliogràfica sobre les reaccions químiques com a fonts d'energia: on s'utilitzen, per a quins processos i quines conseqüències comporten (esgotament de primeres matèries, contaminació, possibilitats d'accidents) i dur a terme un col·loqui on s’hi exposen les conclusions obtingudes.

En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 330 i 331) es pretén que l'alumne/a:— Aprofundisca en l'aplicació de la llei de Hess per al càlcul d'entalpies estàndard.— Recorde i practique el càlcul de la constant d'equilibri i l’utilitze per a determinar concentracions

en l'equilibri.


70


En Exercicis i problemes (pàg. 332 i 333) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució per a afavorir el procés d'autoavaluació.


recomana la realització de la pràctica Velocitat de reacció, del quadern Pràctiques de laboratori de Física i Química (1r de Batxillerat), de l'editorial Marjal.

Activitats d’avaluació Posar exemples de reaccions que absorbisquen energia de l’entorn i de reaccions que

desprenguen energia, identificant el tipus d'energia i distingint-ne les endotèrmiques i les exotèrmiques.

Explicar oralment les diferències entre entalpia de reacció, entalpia estàndard de reacció i entalpia estàndard de formació.

Calcular l'entalpia d'una reacció aplicant la llei de Hess, en una activitat similar a l'exercici 46 de la pàgina 333.

Explicar oralment com es produeix una reacció química segons la teoria de les col·lisions i segons la teoria de l'estat de transició. A continuació, comentar en un col·loqui quins factors té en compte cada una de les teories i per què la segona es considera millor que la primera.

Explicar un procés de combustió quotidià, distingir-hi el combustible del comburent i resoldre algun problema relacionat amb una combustió.

Escriure l'equació termoquímica d'una reacció reversible, calcular-ne el valor de la constant d'equilibri per a una temperatura i pressió determinades i justificar l'efecte d'algunes accions sobre l'equilibri. Per exemple, realitzar l'exercici 56 de la pàgina 333 i l'exercici 40 de la pàgina 332.

Investigar l'ús industrial dels catalitzadors i donar dos exemples de catalitzadors que augmenten la velocitat de reacció, indicant-ne la reacció que catalitzen. A més, posar dos exemples de catalitzadors negatius, indicant-ne també la reacció que inhibeixen. D'aquesta manera el professor/a pot avaluar la curiositat dels alumnes per l'entorn i pels temes d'actualitat relacionats amb la ciència, i també l'esperit crític desenvolupat davant les informacions pseudocientífiques de l'entorn.

www.edebe.com

71


UNITAT DIDÀCTICA 16: Compostos del carboni

Objectius didàctics Comprendre les característiques pròpies dels compostos del carboni. Conéixer les diferents possibilitats d'enllaç de l'àtom de carboni i relacionar-les amb la seua

estructura electrònica. Distingir i anomenar les diferents classes d'hidrocarburs. Distingir les diverses classes de fórmules utilitzades per a designar els compostos orgànics. Conéixer els grups funcionals més importants. Formular i anomenar correctament compostos orgànics senzills. Comprendre la causa de la isomeria i conéixer-ne diferents classes. Identificar les diferents molècules isòmeres d'una donada. Conéixer la naturalesa del petroli i alguns dels productes que se n’obtenen, especialment la

gasolina. Determinar la fórmula molecular dels compostos orgànics a partir de la seua composició

centesimal i d'altres dades com ara la massa molecular. Realitzar càlculs estequiomètrics basats en les equacions químiques ajustades. Valorar els avantatges que suposa la no adquisició d'hàbits nocius per a la salut, la integritat

personal i la societat.

ContingutsConceptes El carboni i la seua presència en la natura. Enllaços del carboni: senzills, dobles i triples. Compostos del carboni: les seues característiques. Fórmules dels compostos del carboni: semidesenvolupades o desenvolupades. Hidrocarburs. Alcans lineals i ramificats. Sèrie homòloga. Radicals alquil. Alquens lineals i ramificats. Alquins lineals i ramificats. Hidrocarburs cíclics. Hidrocarburs aromàtics. Grups funcionals: alcohols, èters, aldehids, cetones, àcids carboxílics, èsters, amines, amides i

nitrils. Isomeria. Isomeria estructural. Estereoisomeria. Petroli: formació, extracció, refinació. Gasolina.


72


Procediments Identificació de la presència del carboni en la natura. Formulació i nomenclatura d'alcans de cadena lineal i de cadena ramificada, d'alquens lineals i

ramificats i d'alquins de cadena lineal i ramificada. Identificació d'hidrocarburs cíclics i aromàtics. Formulació i nomenclatura d'hidrocarburs cíclics i ramificats. Formulació i nomenclatura de derivats halogenats, compostos oxigenats (alcohols, èters,

aldehids, cetones, àcids carboxílics i èsters) i nitrogenats (amines, amides i nitrils). Identificació de dos o més compostos isòmers i del seu tipus d'isomeria. Descripció d'una bona gasolina per a motor. Resolució de problemes que impliquen determinació de fórmules moleculars orgàniques i càlculs

estequiomètrics basats en reaccions dels compostos del carboni.

Actituds, valors i normes Educació per a la salut: valoració de la prevenció com la manera més útil de preservar la salut,

evitant l'adquisició d'hàbits nocius que la perjudiquen. Educació per a la salut: presa de consciència de la perillositat d'alguns hàbits nocius.


haurà d’aprendre. La preparació de la unitat proposa el treball previ a l'estudi d'aquesta.— Es recorden els conceptes de percentatge en volum, enllaç covalent simple, doble o triple,

fórmula molecular, llei dels gasos ideals, oxidació i reducció.— Es proposen activitats que permeten treballar els conceptes de compost inorgànic i orgànic,

percentatge en massa, configuració electrònica, notació de Lewis, fórmules moleculars, empíriques i desenvolupades, tipus d'enllaç i propietats que determinen en les substàncies, i nombre d'oxidació.

En la unitat podem distingir set grans blocs: El carboni, Hidrocarburs de cadena oberta, Hidrocarburs de cadena tancada, Compostos oxigenats, Compostos nitrogenats, Isomeria i Derivats del petroli.

El carboni (pàg. 336 i 337) La unitat comença mostrant la presència del carboni en la Terra i en els éssers vius mitjançant

unes fotografies i els percentatges de la seua presència en l'atmosfera, l'escorça terrestre, els hidrocarburs i els éssers vius. A continuació, s’estudia la capacitat d'enllaç dels àtoms de carboni i es presenten els tres tipus d'enllaç que pot formar (senzill, doble i triple) mitjançant els models moleculars de l'età, l'eté i l'etí. Finalment, s'enuncien les característiques generals dels compostos de carboni i es reflexiona sobre el tipus de fórmula química més convenient per a representar-los.

A més dels exercicis de la pàgina 337 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera d'ampliació, les activitats següents:

www.edebe.com

73


— Llegir el quadre del marge de la pàgina 336 del llibre de l'alumne, titulat Cicle del carboni, i representar-ne les etapes principals.

— Muntar diverses molècules orgàniques utilitzant un joc de models moleculars.Hidrocarburs de cadena oberta (pàg. 338 a 341) Mitjançant un esquema es presenten els diferents tipus d'hidrocarburs. A continuació,

s'introdueixen els alcans de cadena lineal amb les seues regles de formulació i nomenclatura i, a partir del quadre on s'han presentat, es defineix el concepte de sèrie homòloga i el de radical alquil o grup alquil, i també la nomenclatura d'aquests últims. Les regles de formulació i nomenclatura dels alcans lineals són, a més, la base per a la introducció de les regles de formulació i nomenclatura dels alcans ramificats.

Després, es plantegen en forma de quadre la formulació i la nomenclatura dels alquens i els alquins lineals, en primer lloc, i dels alquens i alquins ramificats a continuació.

Finalment, es presenten els derivats halogenats. Dos exemples resolts (exemples 1 i 2) mostren l'aplicació pràctica de les regles de formulació i

nomenclatura dels alquens, els alquins i els derivats halogenats. A més dels exercicis de les pàgines 339 i 341 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a

consolidar els continguts de l'apartat, el professor/a pot proposar, a manera d'ampliació, les activitats següents:

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 338 del llibre de l'alumne, titulat Determinació del carboni, i realitzar una pràctica que consistisca a determinar si una substància donada conté o no carboni.

— Llegir el quadre del marge de la pàgina 339 del llibre de l'alumne, titulat Identificació d'alcans, i realitzar una pràctica que consistisca a determinar si una substància donada és o no és un alcan.

Hidrocarburs de cadena tancada (pàg. 342 i 343) Es presenten els hidrocarburs alicíclics, diferenciant-hi els cicloalcans, els cicloalquens i els

cicloalquins, i es donen les regles per a la seua nomenclatura i alguns exemples. L'últim tipus d'hidrocarburs, els aromàtics, s'introdueix a continuació. Es descriuen i es mostra

com cal anomenar els derivats senzills del benzé. Els exercicis de la pàgina 343 del llibre de l'alumne es plantegen per a consolidar els continguts

de l'apartat.Compostos oxigenats (pàg. 344 a 346) En el quadre al marge es defineix el concepte de grup funcional per a, a continuació, presentar

en una taula els grups funcionals dels compostos oxigenats i nitrogenats. Es presenten els derivats oxigenats (alcohols i fenols, èters, aldehids i cetones, àcids carboxílics i

èsters), se n’enuncien les característiques i la nomenclatura, i es proposen alguns exemples on es destaca la terminació pròpia de cada grup funcional. Diversos exemples permeten observar com s'identifica el grup funcional i com s’anomena un compost qualsevol.

Compostos nitrogenats (pàg. 346 i 347) Es presenten els derivats nitrogenats (amines, amides i nitrils), se n'enuncien les característiques

principals i la nomenclatura i es proposen alguns exemples on es destaca la terminació pròpia de cada grup funcional.

A més dels exercicis de la pàgina 347 del llibre de l'alumne, que es plantegen per a consolidar els continguts dels dos apartats anteriors, el professor/a pot proposar, a manera de síntesi, les activitats següents:


74


— Relacionar la fórmula de cada grup funcional amb el seu nom i amb la terminació que s'aplica a qualsevol molècula d'aquesta família.

— Escriure una fórmula qualsevol que responga a cada grup funcional i anomenar el compost resultant.

I la següent activitat d'ampliació:— Esbrinar les característiques físiques i químiques d'alguna família (amides, amines, alcohols),

redactar un informe amb les dades obtingudes i exposar-lo als companys/es.Isomeria (pàg. 348 a 350) S'indica que una fórmula molecular pot correspondre a més d'un compost orgànic. A partir d'ací

s'introdueix el concepte d'isomeria. A continuació es presenten els diferents tipus d'isomeria: estructural o plana i estereoisomeria.

Pel que fa a la isomeria estructural, se’n presenten en un quadre els tres tipus: de cadena, de posició i de funció, acompanyats en cada cas d'un exemple. En cada exemple s’anomenen dos compostos i la seua fórmula semidesenvolupada, i s'observa que la fórmula molecular és la mateixa per als dos, és a dir, que són isòmers.

A continuació, es defineixen els estereoisòmers i es diferencia la isomeria geomètrica de la isomeria òptica.

Un exemple permet visualitzar la isomeria geomètrica o cis-trans. Es descriu el comportament dels isòmers òptics davant la llum polaritzada. Una imatge en

mostra la desviació. Es presenta com a responsable d'aquesta isomeria l'àtom de carboni asimètric. Una imatge mostra que la diferència entre dos isòmers òptics consisteix en que no són superposables. Es defineixen els conceptes enantiòmer, quiral i mescla racèmica.

Finalitza l'apartat mostrant diastereoisòmers i compostos meso. En la pàgina 350 del llibre de l'alumne es plantegen exercicis per a consolidar els continguts de

l'apartat.Derivats del petroli (pàg. 351 i 352) Es descriuen la formació, l'extracció i la refinació del petroli amb l’ajuda d'imatges que faciliten

la comprensió dels diferents processos. Seguidament es presenten, mitjançant el dibuix d'una columna de fraccionament, alguns dels seus derivats procedents de la refinació, indicant-hi la temperatura a la qual es van separar de la resta dels compostos, el nombre mitjà d'àtoms de carboni i algunes de les seues aplicacions.

A continuació, l'apartat se centra en un dels derivats del petroli que més interessa, la gasolina. S'enuncien les característiques que ha de tindre una bona gasolina per a motor i s'explica què és l'índex d'octans. Finalment, es presenten tres mètodes alternatius per a obtenir gasolina amb l'índex d'octans apropiat a partir del petroli.

El professor/a pot proposar, a manera d'ampliació, les activitats següents:— Redactar un informe on s'explique la formació del petroli.— Identificar el procés de reforming amb les reaccions d'isomerització, buscar informació sobre

aquest procés i enunciar dues reaccions que es produïsquen durant aquest procés. En Ciència i societat (pàg. 353) es presenten les característiques generals de les drogues: d'on

s'obtenen, com actuen i quins problemes origina el seu consum. Per a analitzar les conseqüències del consum de drogues i destacar els avantatges que suposa la

no-adquisició d'hàbits nocius, es poden dur a terme activitats com les següents:— Recollir estadístiques sobre les morts per consum de drogues i elaborar una perspectiva de vida,

en anys, d'una persona drogoaddicta.

www.edebe.com

75


— Investigar altres efectes secundaris del consum de drogues i algunes malalties associades al mètode de consum (hepatitis i sida per consum intravenós).

— Plantejar grups de treball que investiguen les qüestions següents i n’exposen els resultats als seus companys/es: Què ocorre quan la tolerància d'una persona cap a la droga s'ha fet tan alta que ronda la dosi mortal? Com es reconeix un estat d'addicció? Quines diferències existeixen entre l'addicció física i l'addicció psicològica? Quins problemes acostumen a estar associats al consum de drogues, a més dels mèdics (delinqüència)?

— Dur a terme un debat sobre el tema: Pot portar una vida normal una persona drogoaddicta? És òptima la qualitat de vida d'una persona drogoaddicta?

En Resolució d'exercicis i problemes (pàg. 354 i 355) es pretén que l'alumne/a:— Recorde conceptes i procediments que ha estudiat al llarg de totes les unitats de química,

aplicant-los a processos propis de la química del carboni: composició centesimal, fórmula empírica, fórmula molecular, reacció química, reactiu en excés i rendiment.

En Exercicis i problemes (pàg. 356 i 357) s'inclou una sèrie d'exercicis per a comprovar i consolidar els coneixements adquirits en la unitat i aplicar-los a noves situacions. Aquests exercicis i problemes van acompanyats de la solució per a afavorir el procés d'autoavaluació.

Activitats d’avaluació Enumerar les característiques més importants dels compostos del carboni: solubilitat,

temperatures de fusió i d'ebullició, conducció elèctrica, velocitat de reacció i tipus d'enllaç. Elaborar l'estructura de Lewis del metà, l'età, el propà, l'eté, el propé, l'etí i el propí. Buscar exemples de compostos del carboni en la vida quotidiana, identificar-ne el grup funcional

i classificar-los. Determinar si són naturals o artificials. Formular i anomenar diferents molècules orgàniques. Per exemple, resoldre els exercicis 39, 41,

42, 46, 48, 55 i 56 de les pàgines 356 i 357 del llibre de l'alumne. Trobar tots els isòmers possibles a partir d'una fórmula molecular donada. Per exemple, C5H12 o

C4H10O. Justificar si té sentit utilitzar fórmules empíriques o moleculars en aquest últim cas. Formar grups de treball que duguen a terme un estudi bibliogràfic sobre l'origen i les aplicacions

d'un derivat del petroli o un hidrocarbur: gas natural, butà, gasolina, querosé, lubrificants. Cada grup exposarà una síntesi dels seus resultats als seus companys.

Trobar la fórmula molecular d'un compost orgànic a partir de la composició centesimal i de la massa molecular. Dibuixar una fórmula desenvolupada que es puga correspondre amb la fórmula molecular trobada.

Realitzar càlculs estequiomètrics a partir d'una reacció química orgànica. Per exemple, resoldre l'exercici 63 de la pàgina 357 del llibre de l'alumne.


76

PROGRAMACIÓN DE AULA · Web viewLes activitats permeten posar en pràctica procediments i...

Documents

Transcript of PROGRAMACIÓN DE AULA · Web viewLes activitats permeten posar en pràctica procediments i...