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Quimica 2° · 2024
Libro de Química 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Modelos atómicos: construcción, evolución y aportes cuánticos

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

  1. C-12: 6 protones, 6 neutrones, 6 electrones (2, 4). 2) Línea de tiempo: Demócrito → Dalton → Thomson → Lewis → Rutherford → Bohr → Sommerfeld → Schrödinger → Heisenberg. 3.a) Broglie: dualidad onda-materia; Schrödinger: orbitales/nube electrónica; Heisenberg: incertidumbre. 3.b) Enunciado correcto.
📚 exercise quimica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 5 min lectura

Solución — Página 33

Quimica 2° · 2024

1
Ejercicio 1

Ingresar al enlace del simulador (https://n9.cl/iryg), construir un átomo considerando protones, neutrones y electrones y analizar su estructura.

  1. Elegimos un elemento, por ejemplo el carbono-12: número atómico Z = 6, por lo tanto tiene 6 protones en el núcleo.
  2. Para el isótopo ^{12}\text{C}, el número másico A = 12, así que los neutrones son N = A - Z = 12 - 6 = 6 neutrones.
  3. En un átomo neutro los electrones igualan a los protones: e^- = 6, distribuidos en 2, 4 en los niveles n = 1 y n = 2 (configuración 1s^{2} 2s^{2} 2p^{2}).
  4. Analizamos la estructura: núcleo pequeño y denso (protones + neutrones) y una nube electrónica mucho más extensa que ocupa casi todo el volumen del átomo.
  5. Repetimos el proceso con otro elemento (por ejemplo oxígeno, Z = 8, N = 8, e^- = 8) y comparamos cómo cambian el tamaño del núcleo y la disposición de los electrones.
Respuesta

Un átomo de carbono-12 se construye con 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones (2 en el primer nivel, 4 en el segundo); su núcleo es diminuto frente a la nube electrónica.

2
Ejercicio 2

Reconocer la estructura de los modelos atómicos de Demócrito, Dalton, Thomson, Lewis, Rutherford, Bohr, Sommerfeld, Heisenberg y Schrödinger, identificar su evolución y elaborar una línea de tiempo.

a
Parte 2.a

Modelos y aportes

  1. Demócrito (siglo V a. C.): postula el átomo como partícula indivisible, eterna y homogénea; el vacío permite sus combinaciones.
  2. Dalton (1803): el átomo es una esfera indivisible e indestructible; los compuestos se forman por combinación de átomos en relaciones numéricas fijas.
  3. Thomson (1897/1904): descubre el electrón y propone el "pastel de uvas" ("pudín de pasas"): esfera de carga positiva con electrones incrustados.
  4. Lewis (1902): representa la cubierta electrónica con puntos y cruces (modelo del cubo octaédrico), base de las estructuras de Lewis.
  5. Rutherford (1911): por el experimento de la lámina de oro, propone el modelo nuclear: núcleo pequeño, denso y positivo, rodeado de electrones; átomo mayormente vacío.
  6. Bohr (1913): los electrones giran en órbitas (niveles) cuantizadas; la energía se emite o absorbe en paquetes: E = h\nu.
  7. Sommerfeld (1916): añade órbitas elípticas y subniveles (s, p, d, f), explicando la estructura fina de las líneas espectrales.
  8. Heisenberg (1927): principio de incertidumbre: no se pueden conocer simultáneamente posición y momento con exactitud (\Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi}); abandona la idea de órbitas.
  9. Schrödinger (1926): modelo de la nube electrónica: los electrones se describen por funciones de onda \hat{H}\psi = E\psi y nubes de probabilidad (orbitales).
b
Parte 2.b

Línea de tiempo

timeline
    title Evolución de los modelos atómicos
    siglo V a. C. : Demócrito : Átomo indivisible
    1803 : Dalton : Esfera indivisible
    1897-1904 : Thomson : Descubre el electrón, pastel de uvas
    1902 : Lewis : Cubierta electrónica con puntos y cruces
    1911 : Rutherford : Modelo nuclear
    1913 : Bohr : Órbitas cuantizadas
    1916 : Sommerfeld : Subniveles s, p, d, f
    1926 : Schrödinger : Nube electrónica, orbitales
    1927 : Heisenberg : Principio de incertidumbre
Respuesta

La evolución va del átomo indivisible (Demócrito, Dalton) al modelo con electrón (Thomson), pasando por el núcleo (Rutherford), las órbitas cuantizadas (Bohr, Sommerfeld) hasta la nube de probabilidad cuántica (Schrödinger, Heisenberg).

3
Ejercicio 3

a

Completar la tabla con los aportes de Broglie, Schrödinger y Heisenberg que sustentan el modelo atómico actual.

  1. Broglie (1924): la materia posee naturaleza dual; todo electrón tiene una longitud de onda asociada: \lambda = \frac{h}{m \cdot v}.
  2. Schrödinger (1926): el electrón no sigue una órbita sino que se describe por una función de onda \psi; \psi^{2} representa la probabilidad de encontrarlo, formando orbitales (s, p, d, f).
  3. Heisenberg (1927): principio de incertidumbre: \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi}; no existen trayectorias definidas, solo regiones de probabilidad.
Respuesta
Aportes de Broglie Aportes de Schrödinger Aportes de Heisenberg
Dualidad onda-materia: el electrón es onda y partícula; \lambda = \frac{h}{m v} con h = 6{,}63 \times 10^{-34} \, \text{J} \cdot \text{s}. Ecuación de onda \hat{H}\psi = E\psi: los electrones ocupan nubes de probabilidad (orbitales s, p, d, f) y no órbitas. Principio de incertidumbre: \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi}; imposible conocer posición y momento simultáneamente.
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3
Ejercicio 3

b

Analizar el enunciado: "El conocimiento de la naturaleza de los electrones es la base del funcionamiento de muchos artefactos eléctricos que hoy usamos."

  1. Al comprender que los electrones pueden liberarse (efecto fotoeléctrico, conducción) se diseñan conductores, motores y generadores.
  2. El comportamiento cuántico de los electrones permite fabricar diodos, transistores y pantallas LED/OLED, base de los celulares y computadoras.
  3. La emisión de electrones en un filamento produce la luz de las bombillas y los rayos X de los equipos médicos.

Respuesta orientativa: Es correcto: al conocer que los electrones se pueden mover, liberar y pasar de un nivel de energía a otro, se diseñan conductores, transistores, pantallas y equipos médicos como los rayos X; sin ese conocimiento no existirían la electrónica ni la telefonía actual.

Metacognición

¿Qué he aprendido?

Respuesta orientativa: Aprendí que el modelo atómico evolucionó de la esfera indivisible de Dalton a la nube de probabilidad de Schrödinger, y que los electrones se describen por orbitales, no por órbitas.

¿Cómo lo he aprendido?

Respuesta orientativa: Lo aprendí combinando un simulador interactivo para construir átomos, la lectura de fuentes sobre los modelos atómicos y el trabajo colaborativo al completar la tabla comparativa.

¿Para qué me ha servido?

Respuesta orientativa: Me sirve para explicar la configuración electrónica de los elementos, comprender por qué los átomos se enlazan y entender el funcionamiento de artefactos eléctricos y electrónicos.

¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Respuesta orientativa: Puedo usarlo al estudiar enlaces químicos, periodicidad, reacciones redox y electricidad, y en la vida cotidiana al elegir o reparar equipos electrónicos.

Contenido de la página

RETO

  1. Ingreso al siguiente enlace https://n9.cl/iryg y con ayuda del simulador construyo un átomo, tomo en consideración el número de protones, neutrones y electrones. Una vez construido el átomo analizo su estructura. (En este mismo enlace encontrarás otras actividades interactivas con las que puedes fortalecer tus aprendizajes sobre el átomo).

  2. Utilizo varias fuentes de información para reconocer la estructura de los modelos atómicos de Demócrito, Dalton, Thomson, Lewis, Rutherford, Bohr, Sommerfeld, Heisenberg, Schrödinger, identifico la evolución de estos modelos, los aportes que hacen cada uno a la comprensión del modelo atómico y elaboro una línea de tiempo o un esquema similar que exponga esta evolución. (Para esta actividad puedes emplear herramientas gratuitas de diseño gráfico o a su vez puedes realizarlo de manera física utilizando recursos del entorno).

ACTIVIDAD PARA TRABAJO EN GRUPO

  1. Me reúno en equipos de trabajo y realizamos las siguientes actividades:

a. Completo la tabla con la información sobre los aportes de Broglie, Schrödinger, Heisenberg que sustentan el modelo atómico actual.

Aportes de Broglie Aportes de Schödinger Aportes de Heisenberg

b. Analizamos el siguiente enunciado y compartimos nuestro criterio: El conocimiento de la naturaleza de los electrones es la base del funcionamiento de muchos artefactos eléctricos que hoy usamos.

METACOGNICIÓN

Preguntas: ¿Qué he aprendido? ¿Cómo lo he aprendido? ¿Para qué me ha servido? ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una plenaria para establecer un diálogo acerca del aprendizaje desarrollado en la sección.

Ejemplos resueltos

Construir un átomo de carbono-12 en el simulador y analizar su estructura.

  1. Z = 6 \Rightarrow 6 protones. 2. A = 12 \Rightarrow N = 12 - 6 = 6 neutrones. 3. Átomo neutro: e^- = 6 (1s^{2} 2s^{2} 2p^{2}). 4. Estructura: núcleo diminuto y denso; nube electrónica muy extensa.

Ordenar cronológicamente los modelos atómicos estudiados.

Demócrito (s. V a. C.) → Dalton (1803) → Thomson (1897/1904) → Lewis (1902) → Rutherford (1911) → Bohr (1913) → Sommerfeld (1916) → Schrödinger (1926) → Heisenberg (1927).

Tablas (2)

Aportes de Broglie Aportes de Schödinger Aportes de Heisenberg
Dualidad onda-materia: el electrón es onda y partícula; \lambda = \frac{h}{m v}. Función de onda \hat{H}\psi = E\psi: los electrones forman nubes de probabilidad (orbitales s, p, d, f). Principio de incertidumbre: \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi}; no hay trayectorias definidas.
Modelo Año Autor Aporte principal
Indivisible s. V a. C. Demócrito Partícula eterna e indivisible
Esfera sólida 1803 Dalton Relaciones numéricas fijas
Pastel de uvas 1904 Thomson Descubre el electrón
Cubo octaédrico 1902 Lewis Cubierta electrónica con puntos y cruces
Nuclear 1911 Rutherford Núcleo pequeño y denso
Planetario 1913 Bohr Órbitas cuantizadas
Ondulatorio 1926 Schrödinger Orbitales como nubes de probabilidad

Diagrama

timeline
    title Evolución de los modelos atómicos
    siglo V a. C. : Demócrito : Átomo indivisible
    1803 : Dalton : Esfera indivisible
    1897-1904 : Thomson : Electrón y pastel de uvas
    1902 : Lewis : Cubierta electrónica
    1911 : Rutherford : Modelo nuclear
    1913 : Bohr : Órbitas cuantizadas
    1916 : Sommerfeld : Subniveles s p d f
    1926 : Schrödinger : Nube electrónica y orbitales
    1927 : Heisenberg : Principio de incertidumbre

Fórmulas y ecuaciones

\lambda = \frac{h}{m \cdot v}

\Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi}

\hat{H}\psi = E\psi

\lambda = \frac{h}{m \cdot v}

\Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi}

\hat{H}\psi = E\psi

E = h\nu

N = A - Z

Glosario (6)

Modelo atómico
Representación teórica de la estructura del átomo que se actualiza con nuevas evidencias experimentales.
Nube electrónica
Región alrededor del núcleo donde existe alta probabilidad de encontrar un electrón.
Orbital
Zona del espacio con alta probabilidad de encontrar un electrón, descrita por la función de onda ψ.
Principio de incertidumbre
Imposibilidad de conocer con exactitud simultánea la posición y el momento de un electrón.
Dualidad onda-materia
Propiedad de la materia por la cual partículas como el electrón presentan comportamiento de onda y de partícula.
Longitud de onda de Broglie
Longitud de onda asociada a una partícula en movimiento, λ = h/(m·v).

Preguntas para practicar

¿Qué he aprendido en esta sección?

Aprendí que el modelo atómico evolucionó desde la esfera indivisible de Dalton hasta la nube de probabilidad de Schrödinger, y que los electrones se organizan en orbitales y no en órbitas fijas.

¿Cómo lo he aprendido?

Lo aprendí usando un simulador para construir átomos, consultando fuentes sobre cada modelo y trabajando en equipo para completar la tabla comparativa de aportes cuánticos.

¿Para qué me ha servido?

Me sirve para explicar la configuración electrónica, comprender cómo se enlazan los átomos y entender por qué funcionan los artefactos eléctricos y electrónicos que uso a diario.

¿En qué otras ocasiones puedo usar lo aprendido?

Puedo aplicarlo al estudiar enlaces químicos, periodicidad, reacciones redox, electricidad y al evaluar o reparar equipos electrónicos en mi hogar.

Temas y conceptos clave

Modelos atómicosEvolución del modelo atómicoNaturaleza dual del electrónNube electrónica e incertidumbreátomo indivisiblemodelo nuclear de Rutherfordórbitas cuantizadas de Bohrdualidad onda-materiafunción de ondaprincipio de incertidumbreorbital

Fuentes y referencias

  • https://n9.cl/iryg (simulador interactivo de construcción de átomos)
¿Te fue útil esta página?

Figuras de la página (1)

Recuadro amarillo con el rótulo RETO y un icono de una figura corriendo.
Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuáles son los modelos atómicos y sus autores en orden cronológico?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué aportaron Broglie, Schrödinger y Heisenberg al modelo atómico actual?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué el conocimiento de los electrones permite el funcionamiento de los artefactos eléctricos?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Estructura del átomo: núcleo, protones, neutrones y electrones
  • • Número atómico y número másico
  • • Niveles y subniveles de energía
  • • Concepto básico de onda y energía electromagnética
Siguiente tema sugerido
Configuración electrónica de los elementos y distribución en orbitales
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1654 caracteres

E nero )

  1. Ingreso al siguiente enlace https://n9.cl/iryg y con ayuda del simulador construyo un dtomo, tomo en consideración el número de protones, neutrones y electrones. Una vez construido el átomo analizo su estructura. (En este mismo enlace encontrarás otras actividades interactivas con las que puedes fortalecer tus aprendizajes sobre el átomo).

  2. Utilizo varias fuentes de información para reconocer la estructura de los modelos atómicos de Demócrito, Dalton, Thomson, Lewis, Rutherford, Bohr, Sommerfeld, Heisenberg, Schódinger, identifico la evolución de estos modelos, los aportes que hacen cada uno a la comprensión del modelo atómico y elaboro una línea de tiempo o un esquema similar que exponga esta evolución. (Para esta actividad puedes emplear herramientas gratuitas de diseño gráfico o a su vez puedes realizarlo de manera física utilizando recursos del entorno).

(y AcriviDaD PARA TRABAJO EN GRUPO )

  1. Me reúno en equipos de trabajo y realizamos las siguientes actividades:

a. Completo la tabla con la información sobre los aportes de Broglie, Schódinger, Heisenberg que sustentan el modelo atómico actual.

Aportes de Broglie Aportes de Schódinger | Aportes de Heisenberg

b. Analizamos el siguiente enunciado y compartimos nuestro criterio: El conocimiento de la naturaleza de los electrones es la base del funcionamiento de muchos artefactos eléctricos que hoy usamos .

Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una ¿Para qué me ha servido? plenaria para establecer un diálogo

acerca del aprendizaje desarrollado en ¿Cómo lo he aprendido? la sección.

¿Qué he aprendido?

32 | Texto de Quimica

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