— Diseño del modelo atómico (proyecto guiado por pasos)
Desafío: diseñar una maqueta interactiva que represente el Modelo Atómico, mostrando la estructura y los componentes básicos de un átomo, para explorar y comprender la organización interna de los átomos y cómo esta contribuye a las propiedades de la materia.
Paso 1. Núcleo atómico
Se representan los protones con bolas grandes de un color específico y los neutrones con bolas del mismo tamaño pero de otro color. El núcleo concentra prácticamente toda la masa del átomo:
- Masa del protón: m_{p} = 1{,}6726219 \times 10^{-27}\,\text{kg}
- Masa del neutrón: m_{n} = 1{,}6749275 \times 10^{-27}\,\text{kg}
- Carga del protón: +e = +1{,}602 \times 10^{-19}\,\text{C}
- Carga del neutrón: 0
Regla de construcción: si el átomo es de Z protones, el número de neutrones es N = A - Z, donde A es el número másico. El átomo de sodio, por ejemplo, tiene Z = 11 y N = 23 - 11 = 12, es decir, se colocan 11 bolas de un color y 12 de otro dentro del núcleo.
Paso 2. Electrones en órbita
Los electrones se representan con bolas más pequeñas (del tercer color), de masa m_{e} = 9{,}109 \times 10^{-31}\,\text{kg} y de carga -e = -1{,}602 \times 10^{-19}\,\text{C}, fijas a palillos o alambres finos que simulan sus órbitas alrededor del núcleo.
Paso 3. Organización de capas electrónicas
Se ordenan los electrones en capas concéntricas y se etiqueta cada capa. La capacidad de la capa n es:
\text{capacidad}_{n} = 2n^{2}\,\text{electrones}
Entonces:
| Capa (n) | Nomenclatura | Capacidad máxima 2n^{2} |
|---|---|---|
| 1 | K | 2(1)^{2} = 2 |
| 2 | L | 2(2)^{2} = 8 |
| 3 | M | 2(3)^{2} = 18 |
| 4 | N | 2(4)^{2} = 32 |
Para el sodio (Z = 11), la distribución es 11 = 2 + 8 + 1: la capa K alberga 2 electrones, la L 8 y la M solo 1. En un átomo neutro el número de electrones coincide con el de protones: n_{e} = Z.
Paso 4. Identificación de partículas
Se etiqueta cada bola y se agrega una clave que asocie color y tamaño a la partícula que representa.
| Partícula | Color sugerido | Tamaño relativo | Carga (C) | Masa (kg) |
|---|---|---|---|---|
| Protón | Rojo | Grande | +1{,}602 \times 10^{-19} | 1{,}6726 \times 10^{-27} |
| Neutrón | Azul | Grande | 0 | 1{,}6749 \times 10^{-27} |
| Electrón | Verde | Pequeño | -1{,}602 \times 10^{-19} | 9{,}109 \times 10^{-31} |
El electrón es aproximadamente \frac{1{,}6726 \times 10^{-27}}{9{,}109 \times 10^{-31}} \approx 1836 veces más ligero que el protón.
Respuesta orientativa: la maqueta debe mostrar, en el centro, un núcleo con protones y neutrones etiquetados; alrededor, electrones pequeños agrupados en capas etiquetadas con su capacidad; y una leyenda de colores y tamaños.
