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).
- 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.
- ¿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:
- Alló, M. y P. Bertucci (2009) Bio-logía molecular, la logia desconocida. Ministerio de Educación de la Nación - Rep Argentina. www.ifdcvm.edu.ar/tecnicatura/Ciencias_Nat_y_las_Matematicas/2.pdf (consulta abril/2014)
- Escalante, S y L. Gasque (2012) El origen de los elementos y los diversos mecanismos de nucleosíntesis. Educación Química, 23(1), 62-68. http://www.educacionquimica.info/include/downloadfile.php?pdf=pdf1287.pdf (consulta abril/2014)
- Ferrari, R y otros (2013) El big bang y la física del cosmos. Ministerio de Educación de la Nación -Rep. Argentina. cedoc.infd.edu.ar/upload/09_El_bigbang.pdf (consulta abril2014)
En idioma inglés:
- NASA’s Chandra X-ray Observatory. Chemistry and the Universe. http://chandra.harvard.edu/graphics/resources/handouts/lithos/chemistry_universe_litho.pdf (consulta abril/14)
- NASA (National Aeronautics and Space Administration) (2005) "What is Your Cosmic Connection to the Elements?An Information & Activity Booklet Grades 9-12, 2003 (Updated 2005) http://imagine.gsfc.nasa.gov/ (consulta abril/2014)
Video:
- Big Bang , Big crunch - El Universo. http://www.youtube.com/watch?v=2mC2DM8xQPA (consulta abril/2014)
Última actualización abril 2014
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