Tema 20: Modelo atómico

La página abre el Tema 20 de Física con tres bloques: (1) una lámina con seis modelos atómicos históricos, (2) el criterio de evaluación CE.CN.F.5.21 y el objetivo OG.CN.9, y (3) las preguntas de «Saberes previos».

Contenido de la lámina «Modelos atómicos»

La lámina muestra, en orden cronológico aproximado, los modelos propuestos para explicar la estructura del átomo:

1. Dalton (1803): esfera maciza indiferenciada, sin partes internas; el átomo era indivisible y conservaba la masa.
2. Thomson (1904): modelo del «pan con pasas»: una esfera de carga positiva con electrones (−) embebidos en ella, de modo que el átomo es eléctricamente neutro.
3. Rutherford (1911): núcleo pequeño, denso y positivo con electrones girando alrededor; el espacio vacío explica el paso casi total de las partículas alfa en el experimento de la lámina de oro.
4. Modelo orbital (imagen rotulada «Átomo»): representación con órbitas cerradas en varios planos, precursora del modelo de Bohr.
5. Chadwick (1932): añade el neutrón al núcleo, dando cuenta de la masa atómica y de los isótopos.
6. Bohr (1913): electrones en niveles de energía cuantizados; al saltar de nivel emiten o absorben fotones de energía exactamente \Delta E = h\nu.

Criterio de evaluación CE.CN.F.5.21

El criterio pide argumentar, con el modelo estándar, que protones y neutrones no son partículas elementales. La argumentación se apoya en clasificar las partículas en:

• Leptones (elementales): electrón, neutrino del electrón, muón, neutrino del muón, tau y neutrino del tau.
• Quarks (elementales): up (u), down (d), charm (c), strange (s), bottom (b) y top (t).
• Hadrones: bariones (tres quarks, como el protón uud y el neutrón udd) y mesones (quark–antiquark).
• Fuerzas fundamentales: electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil y gravitatoria, mediadas por bosones (fotones, gluones, W^{\pm}, Z^{0} y gravitones), con el bosón de Higgs como fuente de masa de las partículas con masa.

En consecuencia, el protón (carga +e, masa \approx 1.6726\times10^{-27}\,\text{kg}) y el neutrón (neutro, masa \approx 1.6749\times10^{-27}\,\text{kg}) se componen de quarks y gluones: no son elementales.

Objetivo OG.CN.9

Comprender y valorar los saberes ancestrales y la historia del desarrollo científico, tecnológico y cultural, y la acción de estos en la vida personal y social: el modelo atómico es un ejemplo claro, porque cada modelo refleja los límites experimentales de su época.

Respuesta orientativa a las preguntas de Saberes previos

P1. ¿Qué sabes sobre la estructura básica de la materia y cómo los átomos componen todo lo que nos rodea?

La materia está formada por átomos, que a su vez contienen un núcleo (protones y neutrones) y electrones. Los átomos se unen mediante enlaces químicos formando moléculas y compuestos; los diferentes tipos de átomo (elementos) dan origen a los materiales que observamos. Un objeto macroscópico posee un número gigantesco de átomos: en 1\,\text{mol} hay N_A = 6.022\times10^{23} átomos (número de Avogadro).

P2. ¿Cómo te gustaría explorar más el mundo submicroscópico y comprender cómo funcionan los átomos?

Una vía es estudiar la espectroscopía: cada elemento emite un espectro de líneas único, como «huellas dactilares», lo que permitió a Bohr postular niveles de energía cuantizados. Otra es la microscopía electrónica y las simulaciones por computadora, que permiten visualizar nubes de probabilidad electrónica; además, la escala de longitud típica del átomo es \approx 10^{-10}\,\text{m} (0.1\,\text{nm}), mucho menor que el diámetro de una célula (\approx 10^{-5}\,\text{m}).

Respuesta: Los átomos son la unidad básica de la materia; su estudio progresivo —de Dalton al modelo estándar— muestra cómo la física explica la materia con partículas cada vez más fundamentales.