Según el criterio CE.CN.F.5.21, clasifique en leptones, quarks, hadrones y bosones: electrón, muón, neutrino del tau, quark up, quark top, neutrón, pión, gluón, fotón, bosón de Higgs y bosón Z.

L: e^-, ^-, \ u_ Q: u, t H: n, ^+ B: g, , Z^0, H

Libro de Física 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Tema 20: Modelo atómico — apertura, criterios y saberes previos

📄 introduccion fisica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

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Respuesta rápida

Modelo atómico evoluciona de Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr al modelo cuántico; el átomo tiene núcleo de protones y neutrones (con quarks) y nube de electrones que explican la estructura de la materia.

fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 244

Fisica 3° · 2024

Contexto del Tema 20: Modelo atómico

La página es una apertura de tema: no contiene ejercicios numéricos, sino el criterio de evaluación, el objetivo, el diagrama de modelos atómicos y dos preguntas de saberes previos. A continuación se explica el contenido y se responden orientativamente esas preguntas.

Modelos atómicos ilustrados en la figura

Dalton (1803): el átomo es una esfera indivisible, maciza y neutra; sus partes no se pueden dividir. Es la base de la ley de conservación de la masa y la proporción definida.
Thomson (1904): tras descubrir el electrón, propone el "pastel de uvas" o modelo del "budín de pasas": una esfera de carga positiva con electrones embebidos en ella.
Rutherford (1911): de la dispersión de partículas alfa concluye que la materia positiva y casi toda la masa está concentrada en un núcleo minúsculo, con los electrones girando a su alrededor y con gran espacio vacío.
Bohr (1913): los electrones solo pueden ocupar órbitas cuantizadas; al saltar entre niveles emiten o absorben fotones con energía específica, lo que explica los espectros de los elementos.
Chadwick (1932): descubre el neutrón, partícula neutra que completa la estructura del núcleo y explica los isótopos.
Modelo actual (nube de probabilidad): el electrón no tiene órbita definida, sino una orbital o zona de probabilidad descrita por la mecánica cuántica; el núcleo está formado por protones y neutrones (nucleones).

Criterio de evaluación CE.CN.F.5.21 (síntesis)

Argumentar con el Modelo Estándar que protones y neutrones no son partículas elementales, sino que están compuestos por quarks, distinguiendo:

Leptones: $e^{-}$ , $ $u_{e}$ $,$ $u_{$ au} $,$ $u_{$ au}$; su número leptonico se conserva en las interacciones.
Quarks: $up$ ( $u$ ), $down$ ( $d$ ), $charm$ ( $c$ ), $strange$ ( $s$ ), $bottom$ ( $b$ ) y $top$ ( $t$ ).
Hadrones: baryones (3 quarks: $uud$ = protón; $udd$ = neutrón) y mesones (quark–antiquark, como el pión).
Cuatro fuerzas fundamentales: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil, transmitidas por bosones (gluones, fotones, $W^{\\pm}$ y $Z^{0}$ , gravitones) más el bosón de Higgs.

Objetivo OG.CN.9

Valorar la historia del desarrollo científico como construcción humana progresiva: cada modelo corrigió al anterior al surgir nuevas evidencias experimentales, mostrando que la ciencia es revisable y útil para la vida personal y social.

Respuesta orientativa a los saberes previos

¿Qué sabes sobre la estructura básica de la materia y cómo los átomos componen todo lo que nos rodea? Toda la materia está formada por átomos, que a su vez se combinan en moléculas y redes sólidas. Un átomo típico tiene un núcleo pequeño y denso (con protones de carga $+e$ y neutrones de carga $0$ ) rodeado por electrones de carga $-e$ ; la masa del átomo está casi toda en el núcleo, porque $m_{p} = 1{,}67 imes 10^{-27}\\text{kg}$ y $m_{e} = 9{,}11 imes 10^{-31}\\text{kg}$ , es decir, $m_{e} \approx m_{p}/1836$ .

¿Cómo te gustaría explorar más el mundo submicroscópico y cómo funcionan los átomos? Podría explorarlo mediante espectroscopía (al observar la luz que emiten los gases, cada elemento tiene un espectro propio que revela sus niveles de energía), imágenes de microscopía electrónica y simulaciones de la mecánica cuántica que muestran la nube de probabilidad de los electrones.

Respuesta orientativa: El modelo atómico evolucionó de Dalton a Bohr y al modelo cuántico actual, al surgir nuevas evidencias experimentales; el átomo se compone de un núcleo de protones y neutrones (formados por quarks) y una nube de electrones, y sus propiedades explican la estructura de la materia que nos rodea.

Contenido de la página

TEMA 20: Modelo atómico

![Figura: seis modelos atómicos] Modelos atómicos: Dalton · Thomson · Rutherford · Átomo (modelo actual) · Chadwick · Bohr.

Fuente de la figura: https://n9.cl/slmm6

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.21. Argumenta mediante el modelo estándar, que los protones y neutrones no son partículas elementales, analizando las características (masa, carga, espín) de las partículas elementales del átomo, distinguiendo partículas reales: leptones (electrón, neutrino del electrón, muon, neutrino del muón, tau y neutrino del tau), quarks (up, down, charm, strange, bottom y top), hadrones (bariones formados por tres quarks, mesones formados por pares quark-antiquark) y el efecto de las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnética, nuclear fuerte y débil), mediante partículas virtuales o "cuantos del campo de fuerza" (gravitones, fotones, gluones y bosones) distinguiendo en estos últimos al bosón de Higgs.

OBJETIVOS

OG.CN.9. Comprender y valorar los saberes ancestrales y la historia del desarrollo científico, tecnológico y cultural, considerando la acción que estos ejercen en la vida personal y social.

Saberes previos

¿Qué sabes sobre la estructura básica de la materia y cómo los átomos componen todo lo que nos rodea?
¿Cómo te gustaría explorar más el mundo submicroscópico y comprender cómo funcionan los átomos?

Texto de Física · pág. 243

Ejemplos resueltos

Explique por qué el modelo de Rutherford superó al modelo de Thomson.

En el experimento de la dispersión de partículas alfa de Geiger y Marsden, casi todas las alfa pasaron de largo, pero unas pocas rebotaron con ángulos grandes.
En el modelo de Thomson (pastel de cargas positivas) la carga positiva está extendida, por lo que ninguna partícula alfa podría desviarse más de unos pocos grados.
Las desviaciones de hasta $180^{\\circ}$ solo son posibles si toda la carga positiva y la masa están concentradas en un núcleo de radio $r \\approx 10^{-15}\\m$ .
Por tanto, Rutherford concluyó que el átomo es mayoritariamente espacio vacío, con el núcleo ocupando apenas el $10^{-15}$ de su volumen. Respuesta: el modelo de Rutherford explica la dispersión ancha de partículas alfa, algo que el modelo de Thomson no podía justificar.

¿Por qué los protones y neutrones no son partículas elementales según el Modelo Estándar?

Se miden el espín y la masa de protones y neutrones: $s_{p} = s_{n} = 1/2$ y $m_{p} \\approx m_{n}$ .
En la dispersión electrónica y el bombardeo de alto energía se observa que ambos tienen estructura interna (radiación de Bremsstrahlung, producción de hadrones).
El Modelo Estándar los describe como hadrones: bariones formados por tres quarks de carga $+2/3\e$ y $-1/3\e$ .
Comprobación de carga: protón $= uud = +\\frac{2}{3}+\\frac{2}{3}-\\frac{1}{3} = +1$ ; neutrón $= udd = +\\frac{2}{3}-\\frac{1}{3}-\\frac{1}{3} = 0$ . Respuesta: protones y neutrones son compuestos de quarks, por lo que no son partículas elementales.

Tablas (8)

|---|---|---|---|

Diagrama

flowchart LR
  D[Dalton 1803: esfera indivisible] --> T[Thomson 1904: pastel de cargas]
  T --> R[Rutherford 1911: núcleo + espacio vacío]
  R --> B[Bohr 1913: órbitas cuantizadas]
  B --> C[Chadwick 1932: descubrimiento del neutrón]
  C --> M[Mecánica cuántica: nube de probabilidad]

Fórmulas y ecuaciones

Masa del electrón: $m_{e} = 9{,}109 imes 10^{-31}\\text{kg}$

Masa del protón: $m_{p} = 1{,}673 imes 10^{-27}\\text{kg} \\approx 1836\\m_{e}$

Carga del electrón: $Q(e^{-}) = -e = -1{,}602 imes 10^{-19}\\text{C}$

Composición de los nucleones: $p = uud$ , $n = udd$

Energía del fotón de transición: $E = h\\nu$

$m_{e}$ = 9{,}109 $\\times$ $10^{-31}\$ $\text{kg}$

$m_{p}$ = 1{,}673 $\\times$ $10^{-27}\$ $\text{kg}$

$m_{p}$ $\\approx$ 1836\ , $m_{e}$

$A_{Z}X$ $\\rightarrow$ protón(uud) + neutrón(udd)

p = uud, $\\q$ = n = udd

Q(e) = +e = +1{,}602 $\\times$ $10^{-19}\$ $\text{C}$

Q(n) = 0 $\text{ C}$ , $\\q$ = $Q(e^{-})$ = -e

E = $h\\nu$ = $\frac{hc}{\\lambda}$

Glosario (8)

Átomo: Unidad mínima de un elemento químico, formada por un núcleo de protones y neutrones rodeado de electrones; en sí mismo es eléctricamente neutro.
Núcleo atómico: Región central diminuta y densa que contiene casi toda la masa del átomo y toda su carga positiva.
Modelo atómico: Representación teórica de la estructura interna del átomo, revisada a lo largo de la historia según nuevas evidencias experimentales.
Quark: Partícula elemental con carga fraccionaria (+2/3 e o −1/3 e) que, agrupada en tres, forma bariones; existe en seis sabores.
Leptón: Partícula elemental que no interactúa por la fuerza nuclear fuerte; incluye al electrón, al muón, al tau y sus neutrinos.
Hadrones: Partículas compuestas que interactúan por la fuerza fuerte: bariones (tres quarks) y mesones (quark–antiquark).
Modelo estándar: Teoría que describe las partículas elementales y las tres interacciones (electromagnética, fuerte y débil) de la materia.
Bosón: Partícula mediadora de una fuerza fundamental; los fotones, gluones, bosones W/Z y el bosón de Higgs son ejemplos.

Preguntas para practicar

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

Todo lo que nos rodea está formado por átomos: núcleo con protones (carga $+e$) y neutrones (carga $0$) y una nube de electrones ($-e$). El átomo es eléctricamente neutro y la masa se concentra en el núcleo, porque $m_{e} \\approx m_{p}/1836$. Al combinarse químicamente, los átomos forman moléculas y sustancias como el agua, el aire y los materiales.

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

Mediante espectroscopía (cada elemento emite un espectro de líneas característico), microscopía electrónica, que resuelve estructuras del orden de $10^{-10}\m$, y simulaciones computacionales de orbitales cuánticos que muestran la probabilidad de encontrar al electrón en una región.

¿Por qué el modelo atómico tuvo que cambiar tantas veces a lo largo de la historia?

Porque la ciencia es revisable: cada nueva evidencia experimental (descubrimiento del electrón, dispersión de partículas alfa, espectros atómicos, neutrón) demostró limitaciones del modelo anterior, lo que obligó a proponer uno más completo. Esto ilustra el objetivo OG.CN.9 sobre la historia del desarrollo científico.

Temas y conceptos clave

Modelo atómico: evolución históricaCriterios de evaluación del Modelo EstándarObjetivos de aprendizaje de la unidadSaberes previos sobre la estructura de la materiaátomonúcleo atómicoelectrónprotónneutrónquarksleptoneshadronesmodelo estándarfuerzas fundamentales

Fuentes y referencias

https://n9.cl/slmm6 (figura de modelos atómicos)
CE.CN.F.5.21 y OG.CN.9, currículum de Ciencias del Bachillerato General Unificado de Ecuador

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Preguntas que la gente también hace

¿Qué diferencias hay entre el modelo de Dalton y el de Rutherford?

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¿Por qué el modelo de Bohr fue un avance sobre el de Rutherford?

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¿Qué establece el Modelo Estándar sobre protones y neutrones?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Carga eléctrica del electrón, protón y neutrón
• Noción de masa y número atómico
• Concepto de conservación de la masa y la carga
• Ley de conservación de la energía y cuantos de luz

Siguiente tema sugerido

Partículas elementales del Modelo Estándar: leptones, quarks, hadrones y las cuatro fuerzas fundamentales con sus bosones mediadores.

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TEMA 20:

Modelo atómico

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Fuente: https:/n9.cl/sImm6

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.21. Argumenta mediante el modelo estándar, que los protones y neutrones no son partículas elementales, analizando las características (masa, carga, espín) de las partículas elementales del átomo, distinguiendo partículas reales: leptones (electrón, neutrino del electrón, muon, neutrino del muon, tau y neutrino del tau), quarks (up, down, charm, strange, bottom y top), hadrones (bariones formados por tres quarks, mesones formados por pares quark-antiquark) y el efecto de las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnética, nuclear fuerte y débil), mediante partículas virtuales o “cuantos del campo de fuerza” (gravitones, fotones, gluones y bosones) distinguiendo en estos últimos al bosón de Higgs.

OBJETIVOS

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