Alquimia Cósmica

Título:  "Alquimia Cósmica"

 Por P. Aoki - Secuencia preparada para UNCUYO-FCAI, Profesorado de grado universitario en Química, Materia: Ciencias de la Tierra

El problema:
¿Puede un elemento químico convertirse en otro?
¿Por qué unos elementos son más abundantes en el universo que otros?
¿Cómo se crearon los elementos de la tabla periódica?

Conceptos desarrollados previamente:
  • elementos químicos - tabla períodica - partículas subatómicas
  • nociones de astronomía - teoría del Big Bang
  • nociones de geología del planeta Tierra

Conceptos nodales:
  • nucleosíntesis como proceso formador de elementos sucesivamente más pesados.
  • distintos eventos cósmicos dan origen a distintos elementos.
  • la composición del universo como resultado de su proceso de evolución.
Otros conceptos:
  • existe una relación entre abundancia y valoración económica de los elementos químicos presentes en nuestro planeta.
  • las estrellas brillan debido a la energía que se desprende de procesos de fusión nuclear.
  • las estrellas tiene un proceso que incluye su formación, la utilización de distintos elementos como combustible de la fusión nuclear, y diversos destinos finales dependiendo de su masa incial.
  • el planeta Tierra se formó a partir de restos estelares ricos en metales pesados, especialmente hierro.

Destinatarios:
Se propone como actividad de integración y profundización para alumnos de nivel medio de grados superiores para la materia Química y, puede además adaptarse para (o trabajar en conjunto con) las materias: Ciencias de la Tierra y Física.

Duración:
Se estima que se requieren dos módulos de clase, más trabajo extraclase (para la Actividad 2).

  1. Apertura: El Oro y el Hierro

1.a) Presentación de una imagen de un objeto hecho de oro, y comparación de su precio de mercado con el precio del hierro. Discusión sobre qué factores determinan el precio de cada uno.
1.b) Mediante preguntas-guía se intentará aproximar la idea de que los elementos químicos se presentan con distintas abundancias, y la relación entre escasez y precio.
1.c) Exploración de ideas previas sobre el origen de los elementos químicos de la vida cotidiana y la posibilidad de transformar un elemento en otro.

  1. ¿Cuál es el origen de los elementos?. "Alquimia Cósmica"

2.a) Presentación de preguntas, desde el esquema "¿Cómo? ¿Cuándo? ¿Dónde?", respecto del origen del oro.
2.b) Presentación de la analogía de la evolución de los elementos químicos con la evolución de las especies biológicas.
2.c) Exploración de nociones previas sobre elementos químicos y su identidad.
2.d) Presentación de las nociones de fisión nuclear y fusión nuclear. Ejemplo de la formación de helio a partir del hidrógeno.
2.e) Presentación de los datos disponibles sobre la abundancia de los elementos en el universo.
2.f) ACTIVIDAD EN PEQUEÑOS GRUPOS: Análisis de datos (sobre la abundancia relativa de los elementos en el universo) y formulación de hipótesis (sobre cómo se formaron). Puesta en común y discusión (Ver Actividad 1).


3. Evolución del universo y surgimiento de los elementos

3.a) Se proyectará un una animación que ilustran la teoría del Big Bang.
3.b) Se expondrá brevemente sobre la formación de los elementos y los eventos cósmicos que estuvieron involucrados.
3.c) ACTIVIDAD EN PEQUEÑOS GRUPOS: Exposición sobre el origen de un elemento en particular (H, C, Fe, Au). Los alumnos recuperarán información de fuentes varias y realizarán una presentación para sus compañeros (ver Actividad 2).


4. Repaso, integración y cierre: Mapa conceptual

4.a) Se repasarán los contenidos. Se espera participación activa de los alumnos aportando conceptos y datos. Se intentará detectar y corregir conceptos erróneos.
4.b) Se ilustrarán y reforzarán los contenidos nodales.
4.c) Se finalizará con un mapa conceptual (en el pizarrón y en la carpeta) que integre los conceptos tratados, así como la importancia de considerar el espacio-tiempo para que los conceptos tengan sentido y validez.

Obstáculos previstos:
  • desconocimiento de nociones básicas de astronomía y geología: de ser necesario se dará un breve pantallazo de la teoría del Big Bang y la formación del planeta Tierra
  • dificultad para proyectar en escalas astronómicas (específicamente, se prevee que muchos alumnos tendrán dificultad en visualizar las escalas temporales y los niveles de energía que implican los fenómenos estelares): se utilizarán imágenes animadas que representen el consenso científico actual en la materia, recalcando que son "representaciones" del conocimiento teórico y no imágenes captadas del universo real.
  • dificultad para captar el concepto de "evolución química": se trabajará con la analogía de la evolución biológica
  • apatía: se vinculará a aspectos cotidianos y cuestiones presentes en los medios masivos de comunicación.

    Conclusiones esperadas:                                                                                        
Se espera que los alumnos:
  • refuercen sus conocimiento respecto de los elementos químicos y su relevancia en la vida cotidiana.
  • incorporen la noción de que existen una proceso de "evolución de la materia" a escala temporal del universo, desde los elementos más ligeros a los más pesados.
  • incorporen la noción de fusión nuclear y su relación con la energía.
  • reconozcan la importancia de expandir el conocimiento astronómico para entender las condiciones que encontramos en la superficie de la tierra en nuestra vida cotidiana.

5. Extensiones propuestas

5.a) ¿Por qué el litio es tan costoso?
  • Aplicaciones tecnológicas del litio y demanda
  • Los rayos cósmicos y la formación del Litio
5.b) ¿Cómo sabemos lo que sabemos?
  • Espectros estelares y clasificación espectral de estrellas
  • Investigación espacial: exploradores de radiación antigua
5.c) "El reloj del universo"
  • Decaimiento radioactivo: el paso del tiempo modifica la composición del universo
5.d) ¿Qué es la Alquimia?
  • La Alquimia como antecedente de la Química como ciencia: ¿conocimientos a-científicos o conocimientos pre-científicos?   

Bibliografía y Recursos:
En idioma inglés:
Video:

Última actualización abril 2014

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