Teoria atòmica: homenatge a l'experiment de Rutherford

La teoria atòmica és un dels meus temes preferits. Pensar que al segle V aC el filòsof Demòcrit (i sembla que també el seu mestre Leucip) ja es va preguntar de què estaven fetes les coses i el fet que hi donés resposta, sense evidències científiques ni experiments, és clar, plantejant la paraula àtoms ("indivisible" en grec), ho trobo senzillament espectacular. Altres teories de l'època sembla que són les que van triomfar, com la d'Aristòtil, que va parlar dels 4 elements, terra, aire, aigua i foc, que combinats en diferents proporcions donaven forma a tot el nostre món material.

Pel que tinc entès, fins el 1808 quan John Dalton va elaborar la seva teoria atòmica, no es va recuperar la idea dels àtoms que proposà Demòcrit. És a dir que durant 2300 anys es va creure en la combinació dels 4 elements (més l'éter) per entendre el món. Dalton va elaborar uns postulats que venien a dir que la matèria és formada per unes partícules discretes, diminutes i indivisibles, els àtoms; que hi ha diferents tipus d'àtoms; que en les reaccions químiques els àtoms no s'alteren com a tals, si no que es combinen entre ells de diferents maneres; i que els àtoms sempre es combinen entre ells en la mateixa proporció per formar compostos químics.

Els símbols dels elements de Dalton (font: commons.wikimedia.org)

A partir de la teoria de Dalton, tot va anar molt més ràpid: la següent teoria atòmica ja només va trigar en arribar uns 90 anys, quan cap al 1904 J. J. Thomson, amb el descobriment de l'electró, va fer que la suposada indivisibilitat de l'àtom no fos tal, i plantegés el seu model de "púding de panses" (actualitzat amb els meus alumnes com a model "Chips Ahoy" (c)), segons el qual l'àtom és com una galeta compacta que té una càrrega positiva i, incrustades, té unes petites partícules de xocolata: els electrons.

Pocs anys després, cap al 1911 un alumne de Thomson, Ernest Rutherford, va proposar un nou model atòmic on clarament els àtoms estaven formats per partícules més petites (protons, neutrons i electrons) i, a més, uns estàven al centre de l'àtom o nucli (protons i neutrons) i altres (electrons) estàven a l'escorça en òrbita al voltant del nucli. Rutherford va idear el seu famós experiment, que consistia en llançar partícules alfa (nuclis de l'element Heli) contra una capa molt fina d'or.

Reproducció de l'experiment de Rutherford (font: wikimedia commons)

Al llençar les partícules alfa contra la làmina d'or, es podria esperar que aquestes atravessessin la fina capa, o pel contrari no poguessin passar i rebotessin; els resultats del seu experiment foren sorprenents, ja que hi va haver partícules alfa que van passar "a través" dels àtoms d'or de la fina capa; d'altres que van rebotar; i finalment, altres que van atravessar la capa però desviant-se de la seva trajectòria inicial. Podem deduir com és l'àtom per dins amb aquests experiments? Rutherford ho va tenir clar, i va proposar un model atòmic on hi havia un nucli format per protons i neutrons, on les partícules alfa rebotaven o es desviaven; una capa externa d'electrons (l'escorça); i una part central, entre el nucli i l'escorça on no hi ha via ABSOLUTAMENT RES (buit) i que era per on passaven les partícules alfa sense desviar-se.

Explicació de les trajectòries de les partícules alfa després de ser llançades contra la làmina d'or (Font: tap.iop.org/atoms/rutherford/index.html)

La pràctica que s'ha pensat per fer a 3r d'ESO per reproduir l'experiment de Rutherford consisteix en disposar de caniques (que faran de partícules alfa); peces de Lego (que formaran una estructura amb forats que s'amagarà); i un disc de vinil que taparà l'estructura de Lego i que deixarà passar les caniques llençades permetent veure per quin lloc surten. La pràctica consisteix en llençar 100 vegades les caniques contra l'estructura de Lego i anar anotant si les caniques a) continuen en línia recta; b) es desvien; c) reboten. A patir de l'observació de les trajectòries de sortida i la freqüència de les 3 resultats a, b i c, els alumnes poden deduir quina structura de Lego tenien amagada.

Finalment, el vinil s'aixeca per comprovar si s'ha encertat en la predicció de la forma de Lego amagada. Una pràctica que consisteix a llençar caniques contra Lego i que porta associat un repte de descobriment: en teoria no pot fallar!

VídeoMAT2019 Quantes caniques cabrien a l'aula?

Un altre any que ens hem presentat al concurs de preguntes matemàtiques VídeoMAT2019. Es tracta de construir un vídeo de màxim 3 minuts on es contesta una pregunta matemàtica a partir de càlculs, un experiment o demostració o de tot plegat, mentre tingui un rigor científic.

Enguany ho hem fet amb un sol vídeo elaborat per alguns alumnes voluntaris de 3r que diguem que "els hi va la marxa": l'Emma, el Carlos i el Hongwei. Han treballat de valent durant el poc temps que els he donat per fer el vídeo. Hem partit d'una pregunta plantejada pel profe, però els càlculs, gravació, edició, etc... és "culpa" seva.

Aquí el teniu; si us agrada, feu un "like", que hi ha premi al vídeo més votat.

VídeoMAT2019 Quantes caniques cabrien a l'aula?

Gràcies, alumnes, per la vostra implicació!

Física i/o Química? Model estàndard a l'IFAE

Aquest curs hem tingut sort al sorteig de l'Escolab on molts centres d'investigació d'arreu de Catalunya ofereixen tallers, visites i activitats a les escoles i instituts. Sense saber molt bé de què tractarien ni la visita ni els continguts, ens va tocar l'activitat organitzada per l'Institut de Física d'Altes Energies, IFAE, a la Universitat Autònoma de Bellaterra, i cap allà hem anat amb els nostres alumnes de 4t de Física i Química i de Ciències Aplicades.

Prèviament, i per iniciativa del centre de recursos pedagògics CESIRE, hem tingut diferents trobades entre el professorat d'alguns dels instituts i els professionals que treballen a l'IFAE, per conèixer el contingut de la visita i elaborar algunes activitats i així aprofitar més la visita i donar-li més sentit, abans, durant i després.

Dimarts 26 de febrer de 2019 vam quedar amb els alumnes a l'estació de rodalies Renfe de Montmeló per anar a Cerdanyola-Universitat, un trajecte d'uns 13 minuts (sortida 8:26, arribada 8:39). Un cop a la UAB, vam agafar un bus i abans de les 9.00 ja érem a la seu de l'IFAE. L'encarregat de comunicació del mateix IFAE, en Sebastián Grinschpun, que ja el coneixíem de les trobades per preparar els materials didàctics, és el que ens va rebre i ens va fer una xerrada introductòria molt interessant sobre qui hi treballa i què es fa a l'IFAE, juntament amb el plantejament d'algunes de les preguntes que els científics intenten respondre.

Un cop acabada l'activitat vam esmorzar i després ens vam dirigir a la sala on se'ns plantejarien uns reptes relacionats amb el model estàndard de física de partícules.

No recordo que a l'institut o a la facultat, quan jo era estudiant, m'expliquessin aquest model. Actualment, a 3r i 4t d'ESO, parlem d'àtoms i de quines peces els formen (les partícules més petites: electrons, protons i neutrons) i que combinacions d'aquestes, donen lloc als 118 elements de la Taula Periòdica. Però hem d'anar més enllà i saber que el model estàndard ens diu que aquestes partícules "més petites" estan compostes per d'altres "encara més petites": quarks, bossons, etc...

Els reptes proposats consistien a contestar una sèrie de preguntes i esbrinar quines són les regles que permeten construir les diferents partícules i com interactuen entre elles. Ens vam posar en 3 grups, cadascun amb un repte diferent: el de la massa, el de la càrrega i el de la Taula Periòdica.

Les peces de Lego representen la "sopa" primigènia instants després del Big Bang. Un cop resolts aquests reptes, després d'una hora de muntar i desmuntar les diferents "construccions" demanades a partir de les instruccions dels reptes, els portaveus dels grups van sortir a exposar les seves conclusions. Vam comptar amb l'ajut del Dr. Pere Masjuan, que a part de transmetre'ns la seva passió per la Física, va ser capaç de fer les preguntes adequades per a que les resolucions dels reptes tiressin endavant. Aquí podem veure alguns dels valents i valentes, just abans de ser felicitats per en Sebastián i en Pere, per les seves brillants conclusions.

Finalment vam poder acabar la jornada visitant el Taller d'Enginyeria, on es fabriquen algunes peces per telescopis i altres encàrrecs. Vam poder veure la sala grisa i la sala blanca, entre d'altres instal·lacions. La Laia Cardiel va ser la encarregada de mostrar-nos aquesta part de l'IFAE.

La visita ha estat molt ben valorada a posteriori per l'alumnat i professorat. Intentarem repetir el curs vinent amb les noves generacions. Finalment només donar les gràcies al Sebastián, el Pere i la Laia per la seva acollida i el seu entusiasme per la ciència i per la seva feina!

Què saben els alumnes de 3r sobre sexe? (2019)

Acabem de preguntar a les classes de 3r què és el que els ve al cap quan escrivim la paraula "SEXE" a la pissarra. Aquí en tenim els resultats:

Què farem a partir d'ara?

Obrir la nostra bústia de preguntes i apuntar-les aquí:

1.- Hi ha alguna manera per deixar de tenir la regla sense patir efectes secundaris?
2.- La primera vegada que tingui sexe amb penetració, em farà mal?
3.- Al tenir relacions amb penetració, amb quin percentatge de probabilitat puc deixar embarassada la meva companya?
4.- Quant val fer-se una fecundació in vitro? I una inseminació artificial?
5.- Quines malalties de transmissió sexual es poden curar?
6.- Quin és el mètode anticonceptiu més barat però a la vegada més segur?
7.- L'embrió d'una persona de color negre és de color negre?
8.- Per què surten pels a les zones genitals?
9.- En quin moment del cicle menstrual pots quedar embarassada?
10.- Com puc tenir un fill si no em quedo embarassada amb els mètodes tradicionals?
11.- Què passa amb tota la sang de la menstruació que no s'expulsa quan estic embarassada?
12.- Què passa si el fetus surt abans de les setmanes normals de gestació?
13.- Les noies es poden còrrer?
14.- Què passa al cos quan estàs en estat d'excitació?
15.- Quina probabilitat hi ha de tenir bessons?
16.- Pots tenir relacions sexuals amb penetració quan tens la regla?
17.- Et pots sentir atret per tu mateix?
18.- Per què hi ha ara tantes violacions de grups de nois?
19.- Com és la masturbació femenina?
20.- És legal llogar el ventre d'un familiar per tenir un fill?
21.- Quan pot durar l'acte sexual?
22.- És veritat que es sent més plaer sense condó?
23.- Com es forma el semen?
24.- Algú que no pot tenir fils, cal que faci servir preservatius a les seves relacions sexuals?
25.- Quan tens relacions sexuals, sempre es fa amb sentiment i passió cap a l'altra persona?
26.- On s'ubica el clítoris i com s'estimula?
27.- Com es va saber per on cal ficar el penis?
28.- És veritat que la primera vegada no cal fer servir preservatiu ja que no hi ha risc d'embaràs?
29.- Per què la masturbació masculina està més acceptada que la femenina?
30.- És necessari o recomanable masturbar-se abans de fer una penetració?
31.- Per què a les noies els hi ve la regla?
32.- Com actuen les pastilles que fan que no et quedis embarassada?
33.- Què és el sexe i per què en fem?
34.- A part de penetració vaginal, quines altres variants hi pot haver?
35.- Quantes vegades et pots masturbar al dia?
36.- Quats mètodes anticonceptius hi ha?
37.- Quin camí recorren els espermatozoides per arribar a l'òvul?
38.- De quines MTS et protegeix el preservatiu?
39.- Com saps que has arribat a l'orgasme?
40.- És bo tenir moltes relacions sexuals?


Distribuir les preguntes a cadascun dels grups que desenvolupa cadascun dels apartats:

A.- Els aparells reproductors masculí i femení: 2, 8, 13, 14, 19, 23, 26,
B.- El cicle menstrual femení i la fecundació: 1, 3, 9, 11, 15, 16, 31, 37,
C.- El desenvolupament del fetus i el part: 7, 12,
D.- Els mètodes anticonceptius: 6, 22, 36, 38,
E.- Les malalties de transmissió sexual (MTS): 5, 24, 28, 38,
F.- Les tècniques de reproducció assistida: 4, 10, 20,
G.- La diversitat sexual: 17,
H.- El sexe i l'afectivitat: amor, assetjament, masclisme...: 18, 25, 29,

On podem consultar la informació:

Web el CJAS: Centre Jove d'Anticoncepció i Sexualitat
Moodle Marta Mata 3r ESO: Biologia 3r ESO Sexe i sexualitat

Parc Científic de Barcelona 2019

Aquest dimecres 9 de gener de 2019 els alumnes de 4t d'ESO de les optatives Física i Química i Ciències Aplicades hem anat al Parc Científic de Barcelona per fer el Taller "Com es fan els medicaments?". Sembla que la valoració en general és bona: hem fet un Taller interessant, hem interactuat amb els investigadors del Parc, hem fet servir material de laboratori, etc... ens agradaria tornar-hi l'any vinent! Gràcies al Parc Científic de Barcelona per aquesta iniciativa!

Aquí teniu la fitxa i el protocol de la pràctica que hem fet.

I aquí, algunes fotos de la jornada.

Científics amb història: l'experiment de Martí i Franquès

Filosofo una mica: vivim en un mon en el que anem de bòlid, sense temps d'assaborir el significat de moltes coses quotidianes. Introdueixo això perquè durant 6 anys, ja fa temps, vaig estar anant diàriament a la Facultat de Ciències Químiques de Barcelona per obtenir la meva llicenciatura; si no sabeu on és aquesta facultat, l'adressa que cal que busqueu és carrer Martí i Franquès. Mai vaig parar-hi atenció, al nom del carrer; suposo que el fet de passar-hi cada dia no feia despertar la curiositat sobre aquest nom...

Dècades més tard, quan la meva filla gran estava a l'Escola de primària, fent una investigació sobre Ciència, vaig estar comentant el procés de la investigació amb la seva mestra, la Marta López; li va deixar un còmic biogràfic de la vida d'Antoni de Martí i Franquès, també conegut com a Martí d'Ardenya, com a exemple de científic català que va contribuir al desenvolupament de la Ciència al nostre país. La Marta ens va deixar aquest llibre perquè el seu avi va ser l'Antoni Quintana i Marí, biògraf de'n Martí i Franquès.

Amb la lectura del còmic, que és el que ens va picar la curiositat, i tirant del fil, hem pogut comprovar com a la terra natal de'n Martí i Franqués, les comarques de Tarragona, sí que el recorden, amb el nom d'un institut, carrers, plaques, etc... i hem trobat un petit vídeo on es fa una recreació d'un dels seus experiments més celebrats i importants:

Vídeo: l'experiment de Martí i Franquès sobre la composició de l'aire (5 min.)

Un experiment que en algun moment m'agradaria reproduir al laboratori de l'institut, només que cal que busqui on puc trobar el "fetge de sofre" necessari per a la reacció que ens proposen al vídeo.

Agraïments: a l'Ariadna, pero compartir el seu aprenentatge amb la seva família; a la Marta, per compartir la seva passió per l'ensenyament i la Ciència; a la Universitat Rovira i Virgili, per aquest interessant vídeo.

Sucre a dojo! 2018

Per tercer any, l'alumnat de 3r d'ESO ha investigat durant el desembre d'enguany sobre la quantitat de sucre que trobem en alguns aliments presents a la nostra dieta. Aquí sota en teniu alguns dels resultats: