TALLER EN CLASES

1. ¿Cuáles fueron los aportes de los científicos que cambiaron la concepción del
universo?
2. Desarrolla una línea de tiempo desde el descubrimiento del átomo hasta hoy.

SOLUCIÓN
1.
John Dalton: Se puede decir que el mayor aporte de John Dalton al mundo
científico fue el desarrollo de su teoría atómica, que se reconoce pues está
asociada a su nombre. Se ha sugerido que dicha teoría, surgió de una propuesta
realizada debido a sus investigaciones acerca del gas oleificante y el hidrógeno de
carburo o las experimentaciones con el protóxido de nitrógeno y del dióxido de
ázoe.

Se pueden resaltar los aspectos más trascendentales de las aportaciones de

Dalton:

 Los elementos se constituyen de partículas cuyas dimensiones don muy

pequeñas y que se denominan átomos, estos no se puedes destruir y son
indivisibles, esta última propiedad sería debatida años después gracias al
surgimiento de las teorías subatómicas. Todos los átomos de un mismo
elemento poseen las mismas características.
 Dos elementos diferentes no pueden poseer los mismos átomos, ya que
estos varían sus pesos atómicos relativos. La formación de compuestos
 químicos se da a través de la combinación de los átomos de do elementos
distintos, pero el número relativo de los tipos de átomo en el compuesto
resultante no varía.  Las reacciones químicas únicamente varían la manera
en que se agrupan los átomos, más en el proceso estos no se pueden
dividir ni destruir.

Joseph John Thomson: Fue un científico británico, descubridor del electrón, de

los isótopos e inventor del espectrómetro de masas. En 1906 fue galardonado con
el Premio Nobel de Física.
Sus aportes más importantes fueron:
 Hizo un trabajo innovador en la conducción de electricidad en gases,
Los rayos catódicos son una radiación que se emite cuando se aplica un
voltaje entre dos placas metálicas dentro de un tubo de vidrio lleno de gas a
baja presión. En 1897, Thomson demostró que los rayos catódicos
consistían en partículas, electrones, que conducen la electricidad. Esta
investigación fue ampliamente reconocida como uno de los trabajos más
importantes que se realizaban en la comunidad científica de la época.
 Descubrió el electrón, A partir de finales del siglo XVII, se aceptó
ampliamente entre la comunidad científica que el átomo era la unidad de
materia más pequeña. Sin embargo, J.J. Thomson demostró de manera
concluyente lo contrario a través de sus experimentos con tubos de rayos
catódicos que demostraron que todos los átomos contienen diminutas
partículas subatómicas cargadas negativamente.

Thomson descubrió así partículas que eran 1.800 veces más ligeras que el
átomo más ligero (hidrógeno). En mayo de 1987 anunció el primer
descubrimiento de partículas subatómicas, que Thomson llamaría
corpúsculos. Más tarde estas partículas se llamarían electrones. El
descubrimiento de Thomson anuló completamente la creencia prevaleciente
de que los átomos eran los «bloques de construcción de la vida» y las
partículas más pequeñas del universo.

 Sus experimentos con Rayos Catódicos ayudaron a la invención de

los primeros televisores, El rayo catódico fue el punto de partida de
muchos inventos modernos como los primeros televisores. Anteriormente,
los científicos no estaban seguros de si la carga eléctrica del rayo catódico
podía ser separada del propio rayo. Durante sus experimentos con rayos
catódicos, Thomson aplicó un campo magnético a través del tubo de rayos
catódicos, descubriendo así que los rayos eran desviados por el campo
magnético. Esto probó que la carga eléctrica era inseparable del propio
rayo. Esto sentó las bases para el desarrollo de los tubos de rayos
catódicos que podían utilizarse para modular, acelerar y desviar los rayos
 de electrones en una pantalla para crear imágenes, lo que condujo a la
invención de los primeros aparatos de televisión.
 Descubrió la primera evidencia de diferentes isotopos en un elemento
estable, Los isótopos son variantes de un elemento químico que tienen
diferentes números de neutrones. Anteriormente se creía ampliamente que
los elementos estables o no radiactivos no tenían isótopos. Sin embargo,
J.J. Thomson demostró lo contrario.

En 1912, Thomson y su asistente de investigación F.W. Aston realizaron

experimentos en corrientes de partículas con carga positiva. Canalizaron
iones de neón a través de un campo magnético y eléctrico sobre una placa
fotográfica.

Descubrieron dos parches de luz diferentes, lo que los llevó a concluir que
el neón estaba compuesto de partículas con diferentes masas atómicas, o
isótopos. Este fue el primer caso de diferentes isótopos descubiertos en un
elemento estable.

 Primero en explicar la dispersión de Thomson, La dispersión de

Thomson es la dispersión de la radiación electromagnética por una
partícula cargada libre no relativista. Los componentes eléctricos y
magnéticos de la onda incidente aceleran la partícula. Al acelerarse, ésta, a
su vez, emite radiación y por lo tanto, la onda se dispersa. Es un concepto
muy importante en la física del plasma y constituye la base de la
cristalografía de rayos X, la dispersión Compton inversa y el fondo cósmico
de microondas. Este fenómeno fue explicado por primera vez por J J
Thomson en 1903 y lleva el nombre del propio científico.
 Modelo de Pudín de Ciruela, En marzo de 1904, JJ Thomson propuso un
modelo del átomo por el cual los corpúsculos cargados negativamente
(electrones) se distribuían en un mar uniforme de carga positiva y las
fuerzas electrostáticas determinaban su posición. Conocido como
el Modelo de Pudín de Ciruela, jugó un papel importante en la
investigación de la estructura atómica. El modelo obtuvo su nombre del
popular postre inglés.

Aunque el modelo fue refutado más tarde por Ernest Rutherford y otros,
incorporó muchos de los descubrimientos pioneros de la época y promovió
la idea del átomo como una partícula no inerte que consistía en otras
partículas más pequeñas.
Ernest Rutherford: Conocido también como Lord Rutherford, fue un físico
neozelandés. Se dedicó al estudio de las partículas radiactivas y logró clasificarlas
en alfa, beta y gamma.
Sus aportes más importantes fueron:
 Descubrió la radioactividad Alfa y Beta, En 1898, Rutherford comenzó
sus estudios sobre la radiación emitida por el uranio. Sus experimentos lo
llevaron a concluir que la radioactividad debía tener al menos dos
componentes, que llamó rayos alfa y beta

Encontró que las partículas alfa están cargadas positivamente y que los
rayos beta tienen más poder de penetración que los rayos alfa. También
nombró a los rayos gamma.

 Descubrió que los átomos no eran indestructibles, Junto con el químico

Frederick Soddy (1877-1956) creó la Teoría de la Desintegración de los
Átomos, implicando la desintegración espontánea de átomos en otros tipos
de átomos.

La desintegración de los átomos de los elementos radioactivos fue un

descubrimiento clave en esa época, ya que hasta ese momento se creía
que los átomos eran una clase de materia indestructible.

Gracias a sus descubrimientos en el área de la desintegración de los

elementos y en la química de los elementos radioactivos, Rutherford ganó
el premio Nobel en 1908.

 Formulo su modelo atómico, Junto con los científicos Hans Geiger (1882-
1945) y Ernest Mardsen (1889-1970), realizó uno de los experimentos más
famosos de la ciencia.
 Bajo la dirección de Rutherford, los científicos realizaron una serie de
experimentos entre 1908 y 1913, en donde apuntaban rayos de partículas
alfa hacia láminas delgadas de metal para luego medir el patrón de
esparcimiento utilizando una pantalla fluorescente.

Gracias a esto, descubrieron que, aunque la mayoría de las partículas

volaban directo, algunas rebotaban en todas las direcciones, incluyendo
algunas que se devolvían directo a la fuente. Esto era imposible de justificar
con el modelo antiguo del átomo, así que Rutherford interpretó la data para
formular un modelo atómico en 1911, que luego se conocería como modelo
atómico de Rutherford.

 Inventó un detector de ondas de radio, El físico alemán Heinrich Hertz

probó la existencia de las ondas electromagnéticas a finales de 1880.

Rutherford decidió medir su efecto en agujas de acero magnetizadas. Este

experimento lo llevó a inventar un detector de lo que hoy llamamos ondas
radiales. Este recibidor de radio se convirtió en parte de la revolución de
comunicaciones conocida como la telegrafía inalámbrica. Rutherford mejoró
su dispositivo y por un tiempo breve tuvo el récord mundial de la distancia
en la que las ondas electromagnéticas podían ser detectadas.

Aunque Rutherford fue sobrepasado por Guillermo Marconi (1874-1937), su

descubrimiento sigue siendo considerado como una contribución importante
en este campo.

 Descubrió el núcleo atómico, A través de los experimentos de las láminas

doradas, Rutherford descubrió que todos los átomos contenían un núcleo
donde su carga positiva y la mayoría de su masa estaba concentrada.
 Su modelo del átomo contenía la nueva característica de que una alta carga
central concentrada en un pequeño volumen del átomo era responsable de
la mayoría de su masa.

En su modelo, el núcleo era orbitado por electrones de masa baja. Este

modelo precedió al modelo atómico de Bohr, que aplicaba la teoría
cuántica. Su descubrimiento del núcleo atómico es considerado como su
mayor contribución a la ciencia.

 Descubrió el protón, En 1917 se convirtió en la primera persona en

transformar un elemento en otro. Convirtió átomos de nitrógeno en átomos
de oxígeno al bombardear el nitrógeno con partículas alfa.  Esta fue la
primera observación de una reacción nuclear inducida y es considerado
como el descubrimiento del protón.

En 1920 Rutherford propuso el núcleo del hidrógeno como una nueva

partícula y estableció el término protón para la misma.

 Teorizó sobre la existencia del neutrón, En 1921 teorizó que debía haber
una partícula neutral en el núcleo del átomo para compensar el efecto de
repulsión de los protones cargados positivamente al crear una fuerza
nuclear atractiva; sin ninguna partícula, el núcleo se derrumbaría.

Por ese motivo, Rutherford teorizó sobre la existencia del neutrón y

estableció el término por el cual es conocido en la actualidad. El neutrón fue
descubierto en 1932 por el científico James Chadwick (1891-1974), que
había estudiado y trabajado junto a Rutherford.

Niels Bohr: Fue un físico danés que contribuyó en la comprensión del átomo y la
mecánica cuántica. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1922.
Sus aportaciones más importantes fueron:
Modelo Atómico, El modelo atómico es considerado uno de sus más grandes
aportes, después de obtener su doctorado, Bohr continuó su investigación en la
Universidad de Manchester, estudiando con Ernest Rutherford. Allí, se centró en la
física cuántica, un nuevo tipo de física de partículas pequeñas en ese momento.
Mostraron que pequeñas partículas llamadas electrones eran negativas y
orbitaban alrededor del centro del átomo.

Bohr contribuyó a esta investigación escribiendo artículos de revistas para la

revista The Philosophical y explicando que los electrones orbitan específicamente
en patrones preestablecidos.

Además, describió cómo los electrones en órbita podrían liberar energía cuando
caen a una órbita más baja, y llamó a esta energía radiación electromagnética.

Bohr propuso que los átomos podrían representarse como un pequeño sistema
solar, con electrones que orbitan el núcleo atómico en órbitas fijas. Cuanto más
lejos esté el electrón del núcleo, mayor será su energía. Más de un electrón puede
compartir una órbita alrededor del núcleo

 ¿Cómo la materia podría absorber y emitir luz?, El nuevo modelo del

átomo de Bohr ofreció la explicación. Bohr dijo que los electrones están
restringidos a órbitas circulares particulares, pero pueden saltar de una
órbita de energía más baja a una órbita de energía más alta al absorber la
luz. También pueden hacer lo contrario y caer de una órbita de energía más
alta a una órbita de energía más baja emitiendo luz, como se muestra en la
imagen a continuación.

En física clásica, los electrones podrían tener cualquier energía. En la

nueva física cuántica, los electrones estaban confinados a órbitas definidas
de energía fija. Se prohibieron otras energías de electrones.

Cuando un electrón absorbió energía, dio un salto cuántico, desapareció de

una órbita y apareció en una más alta a través de una zona de energía
prohibida. Cuando un electrón perdió energía, desapareció de una órbita de
 mayor energía y apareció en una órbita de menor energía separada por una
zona prohibida.

Arnold Sommerfeld: Fue un físico alemán que introdujo la constante de la

estructura fina en 1919.
Sus aportaciones más importantes fueron:
 Modelo Atómico, Su principal trabajo ocurrió en el año 1915 cuando, junto
al físico danés Niels Bohr, se encargó de transformar algunos aspectos de
la teoría atómica. Para esto, ambos científicos se basaron en otras teorías,
como la cuántica y la relativista.

Su motivación estuvo radicada en que la teoría atómica tenía fallas a la

hora de tener que explicar que eran los átomos complejos. En las ideas que
plantearon Sommerfeld y Bohr, explicaron que las órbitas que realizaban
los electrones eran de forma elíptica. Además, estas órbitas contaban con
otro número cuántico, considerado como secundario.

La importancia de estos números cuánticos, tanto el secundario como el

principal que obtuvo Bohr, era que precisó si el electrón tenía un momento
angular. Esto era relevante porque permitió determinar si el electrón tenía
energía cinética.

También llegó a hablar sobre la presencia de un tercer número cuántico,

que fue denominado como magnético. Este número tenía la función de
establecer qué tan inclinado estaba el plano de la órbita.

 Otros aportes, El trabajo de Sommerfeld le permitió desarrollar más ideas

en el campo. De sus aplicaciones de la teoría a los problemas técnicos, la
teoría que desarrolló sobre la fricción de los lubricantes y sus aportes a la
telegrafía inalámbrica fueron las más conocidas.
 También fueron relevantes sus aportes en otros campos, en especial
cuando trabajó en la teoría clásica del electromagnetismo.

Su trabajo como profesor también fue un gran aporte para el mundo

científico. Desde 1906, cuando llegó a la universidad de Múnich, formó a
varias generaciones de físicos teóricos. Entre sus estudiantes se pueden
contar a ocho premios Nobel.

Pieter Zeeman: Fue un físico neerlandés galardonado con el Premio Nobel de

Física de 1902 por sus investigaciones sobre el efecto de los campos magnéticos
sobre la radiación luminosa.

Sus aportaciones más importantes fueron:

 Efecto Zeeman, Se conoce como efecto Zeeman el momento en el que los

átomos emiten radiación dentro de un campo magnético, provocando que
las líneas espectrales asociadas a la energía emitida muestren un
desdoblamiento en un patrón simétrico de componentes o grupos de líneas
muy cercanas, estando completamente polarizadas. 

El efecto Zeeman vino a confirmar “la cuantización del momento angular …

donde se supone que solo el momento angular es el momento angular
orbital de un solo electrón, también demuestra por qué mℓ se le llama
número cuántico magnético.  En tales casos, “si el átomo es colocado en un
campo magnético, la energía U =μ·B es una energía adicional para el
sistema átomo-campo. Porque las direcciones del momento magnético μ,
están cuantizadas, existen energías totales discretas para el átomo,
correspondientes a diferentes valores de mℓ.”

Louis – Víctor de Broglie: Fue homenajeado con el Premio Nobel de Física del
año 1929 a la edad de 37 años, por su teoría sobre la dualidad onda-corpúsculo,
que se conoce como hipótesis de Broglie. Fue el primer físico en obtener un
Premio Nobel por su hipótesis. Louis de Broglie nació en Dieppe, Francia en el 15
de agosto de 1892.

Sus aportaciones más importantes fueron:

 Modelo Atómico, El trabajo realizado por Luis de Broglie, introdujo por

primera vez la dualidad onda corpúsculo, una característica de la mecánica
cuántica. Esto sucede y fue verificado en experimentos empíricos, y sucede
 cuando una o muchas partículas emiten un comportamiento de ondas,
como lo puede ser un fenómeno de interferencia, sobre ondas de materia.
Trabajo realizado en 1924, este fenómeno de dualidad hace que una
partícula tenga dos percepciones totalmente distintas desde diferentes
ángulos de observación.

Esta investigación permitió que, en 1927, científicos como Einstein y el

mismo Broglie, postularan que las partículas se mueven como ondas,
teniendo el mismo comportamiento que la luz. Estas partículas elementales
son electrones, este movimiento ondulatorio se da alrededor del núcleo
atómico.

Características

La observación de este comportamiento entre la materia subatómica pudo

relacionar el movimiento ondulatorio de los electrones con los fotones de
luz, ya que producían ondas electromagnéticas entre si. Además, permitió
que se pudiera formular la la teoría de principio de incertidumbre de
Heisenberg. También con base en la constante de Planck.

 Las partículas adquieren un comportamiento típico de ondas.

 Introducción del concepto de dualidad onda corpúsculo.
 Permitió la observación de longitudes de onda calculadas, partículas.
 La energía del fotón, es decir, la energía total del electrón, es el resultado
de la frecuencia de onda y según la constante de Planck.

Erwin Schrödinge: Fue un físico y filósofo austríaco, nacionalizado irlandés, que

realizó importantes contribuciones en los campos de la mecánica cuántica y la
termodinámica. Recibió el Premio Nobel de Física en 1933 por haber desarrollado
la ecuación de Schrödinger, compartido con Paul Dirac.

Sus aportaciones más importantes fueron:

 Modelo Atómico, En el año de 1913, Neils Bohr, un estudiante de

Rutherford, desarrolló un nuevo modelo del átomo. Propuso que los
electrones están dispuestos en órbitas circulares concéntricas alrededor del
núcleo. Este modelo está modelado en el sistema solar y se conoce como
el modelo planetario. El modelo de Bohr se puede resumir en los siguientes
cuatro principios:

Los electrones ocupan sólo ciertas órbitas estables alrededor del núcleo,
que son llamadas órbitas «estacionarias». Cada órbita tiene una energía
asociada a ella, de acuerdo a su cercanía al núcleo.
 La energía se absorbe cuando un electrón salta de una órbita inferior a una
más alta y la energía se emite cuando un electrón cae desde una órbita
más alta a una órbita más baja.

La energía y la frecuencia de la luz emitida o absorbida se puede calcular

mediante el uso de la diferencia entre las dos energías orbitales.

Werner Karl Heisenberg: Fue un físico teórico alemán y uno de los pioneros clave de la
mecánica cuántica. Publicó su trabajo en 1925 en el artículo revolucionario Über
quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen.

Sus aportaciones más importantes fueron:

 Mecánica Matricial: Los primeros modelos de mecánica cuántica fueron

establecidos por Albert Einstein, Niels Bohr y otros científicos importantes.
Más tarde, un grupo de jóvenes físicos elaboraron teorías contrarias a la
clásica, basadas en experimentos y no en la intuición, utilizando lenguajes
mucho más precisos.

En 1925, Heisenberg fue el primero en realizar una de las formulaciones

matemáticas más completas de la mecánica cuántica. La idea de
Heisenberg fue que por medio de esa ecuación se podrían predecir las
intensidades de los fotones en las diversas bandas del espectro del
hidrógeno.

Esta formulación se basa en que cualquier sistema puede ser descrito y

medido con observaciones y mediciones científicas acomodadas a la teoría
de matrices. En tal sentido, las matrices son expresiones matemáticas para
relacionar datos provenientes de un fenómeno.

 Principio de la incertidumbre, La física cuántica suele ser confusa, pues

lo definido se reemplaza con probabilidades. Por ejemplo, una partícula
 puede estar en un sitio u otro, o incluso en ambos a la vez; solo se podrá
calcular su ubicación por medio de probabilidades.

Esta confusión cuántica se podría explicar gracias al principio de

incertidumbre de Heisenberg. En 1927, el físico alemán explicó su principio
por medio de la medición de la posición y el movimiento de una partícula.
Por ejemplo, el impulso de un objeto es su masa multiplicada por su
velocidad. Ante este hecho, el principio de incertidumbre indica que no se
puede saber con absoluta certeza la posición y el movimiento de una
partícula. Heisenberg afirmó que hay un límite en cuanto a qué tan bien se
puede conocer la posición y el momento de la partícula, incluso utilizando
su teoría.

Para Heisenberg, si se conoce la posición con mucha precisión, solo se

puede tener información limitada sobre su impulso.

 Modelo neutrón-protón, El modelo protón-electrón presentó ciertos

problemas. Si bien se aceptó que el núcleo atómico está compuesto por
protones y neutrones, la naturaleza del neutrón no estaba clara.

Tras el descubrimiento del neutrón, Werner Heisenberg y el físico ucraniano

Dmitri Ivanenko, propusieron un modelo de protones y neutrones para el
núcleo, en 1932.

Los documentos de Heisenberg abordan una descripción detallada de

protones y neutrones dentro del núcleo a través de la mecánica cuántica.
Asumió además la presencia de electrones nucleares aparte de los
neutrones y protones. Más concretamente, asumió que el neutrón es un
compuesto protón-electrón, para el cual no existe una explicación mecánica
cuántica.

Si bien el modelo neutrón-protón resolvió muchos problemas y descifró

ciertas interrogantes, resultó una dificultad para explicar cómo los
electrones podían emanar del núcleo.

Aun así, gracias a estos descubrimientos, la imagen del átomo cambió y

aceleró significativamente los descubrimientos de la física atómica.