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Partículas

Partículas

¿Qué es lo más pequeño que conoces?: ¿un átomo?, ¿una molécula?, ¿un granito de arena? Todas esas cosas son muy pequeñas, pero todas, así como cada objeto en el universo, está formado por partículas. Las partículas son la unidad más básica que forma nuestro universo. Constituyen la materia; como a los átomos, y las moléculas. Existen diferentes tipos de partículas, tales como los bosones de norma, que son las los permiten el intercambio de energía entre otras partículas. Un ejemplo de bosón de norma es el fotón.

Partículas elementales

Las partículas son objetos minúsculos que tienen propiedades físicas como masa, carga, volumen, densidad y energía. Las partículas que componen la materia se pueden dividir en familias, tales como los hadrones, leptones y bosones. Todas estas partículas componen a los elementos y a sus isotopos.

Las partículas son objetos minúsculos que, generalmente, tienen propiedades físicas como masa, carga, volumen y densidad. También, pueden transportar energía.

Tipos de partículas

En el primer cuarto del siglo XX, solo se conocían unas pocas partículas atómicas clásicas, pero los descubrimientos ya preveían electrones con carga positiva. Estas predicciones, realizadas por el científico británico Paul Dirac, fueron confirmadas por el físico estadounidense Carl Anderson, tras estudiar los rayos cósmicos. El electrón con carga positiva, también conocido como positrón, fue la primera prueba de la antimateria.

Los nuevos descubrimientos condujeron a una clasificación de las partículas en grandes grupos de familias conocidas como fermiones y bosones.

Fermiones

Los fermiones se pueden dividir en dos grupos: los quarks y los leptones. A escala subatómica, ahora conocemos otras dos fuerzas, además de la gravitatoria y la electromagnética. La primera de estas fuerzas, que actúa a escala atómica, es la fuerza nuclear fuerte; responsable de mantener unidas las partículas y experimentada por los quarks. La segunda fuerza adicional es la fuerza nuclear débil, experimentada por los leptones.

Los leptones que incluyen a los electrones, los neutrinos, los taus y los muonesno se ven afectados por la fuerza nuclear fuerte, mientras que los quarks que comprenden a los protones, los neutrones y los mesonessí se ven afectados por ella.

Bosones

Los bosones son responsables de tres de las cuatro fuerzas fundamentales del universo: el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte. La partícula responsable de la gravedad no se ha encontrado y solo existe en teoría (gravitón). En la familia de los bosones, encontramos el fotón, el gluon, el bosón Z, el bosón W y el bosón de Higgs. La unión de estas partículas elementales forma otro tipo de partículas llamados hadrones.

Partículas subatómicas

En la teoría atómica clásica, los átomos están compuestos por tres partículas subatómicas: electrones, protones y neutrones. Las dos primeras tienen carga eléctrica, mientras que los neutrones no (son neutros). Los protones y neutrones se clasifican como hadrones porque están formados de quarks.

La teoría clásica también afirma que existe otra partícula: el fotón. Este no tiene masa y es responsable de las ondas electromagnéticas, como la luz. El fotón se clasifica como bosón.

En resumen, tenemos:

  • Electrones, que se mueven alrededor del núcleo del átomo y tienen carga negativa.

  • Protones, hadrones que están presentes en el núcleo del átomo y tienen carga positiva.

  • Neutrones, hadrones que, al igual que los protones, están presentes en el núcleo del átomo y no tienen carga.

  • Fotones, bosones responsables de transportar la energía en el espectro electromagnético, incluyendo las ondas de radio, los rayos gamma, la luz ultravioleta, la luz visible, etc.

Partículas Partículas subatómicas StudySmarterFig. 1: Lo que percibimos como luz solar es, en realidad, partículas llamadas fotones.

Átomos

Consideremos cada vez una unidad de materia más grande. La primera fue las partículas elementales, después las partículas subatómicas y el siguiente es el átomo. Un átomo está compuesto de partículas subatómicas como protones, neutrones, y electrones.

Los átomos son los bloques básicos de la química, ya que son las unidades más pequeñas de la materia que pueden tener una carga neutra. Los átomos de los distintos elementos químicos tienen diferente número de neutrones, protones y electrones, lo que les confiere distintas propiedades.

Los protones y los neutrones son las partículas que se encuentran en el núcleo del átomo. Los electrones se mueven alrededor del núcleo.

Partículas Átomos StudySmarterFig. 2: Un átomo, con los protones y neutrones en verde y los electrones en órbita en rojo.

Los átomos se clasifican por su número atómico. Este número atómico identifica el número de protones que se encuentran en el núcleo. Los distintos elementos tienen diferentes números de protones.

Los siguientes son ejemplos de átomos, pertenecientes a diferentes elementos, incluyendo sus símbolos y números atómicos:

  • Hidrógeno, H: con un número atómico de 1, es el elemento más abundante del universo.
  • Carbono, C: con un número atómico de 6, es el bloque de construcción de todas las reacciones conocidas que hacen posible la vida.
  • Cobre, Cu: con un número atómico de 29, es una de las columnas vertebrales de la tecnología moderna, por sus propiedades como conductor eléctrico.
  • Silicio, Si: con un número atómico de 14, constituye el 30 % de la corteza terrestre y se utiliza para fabricar chips de ordenador y materiales de construcción, entre otros.

Moléculas

Ya vimos que existen partículas subatómicas que están formadas por partículas elementales como los fermiones y los bosones. Y que los átomos están compuestos por partículas subatómicas. El siguiente nivel en la materia son las moléculas.

Las moléculas son partículas formadas por cadenas de átomos. La constitución de las moléculas puede variar, ya que estas pueden tener estructuras muy complejas. Las moléculas no tienen carga eléctrica.

Algunos ejemplos de moléculas son:

  • El agua, H₂O: que está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
  • El oxígeno (que respiramos todos los días), O2: está formado por dos átomos de oxígeno.
  • El metano (que se emplea como combustible), CH4: está formado por cuatro átomos de hidrógeno y un átomo de carbono.

Isótopos

Cuando un elemento tiene un número diferente de neutrones y protones, se denomina isótopo. Los isótopos se encuentran en la naturaleza, pero también se pueden producir en los laboratorios.

El hidrógeno tiene tres isótopos naturales:

  • Protio, que tiene un electrón y un protón.
  • Deuterio, que tiene un electrón, un protón y un neutrón.
  • Tritio, que tiene un electrón, un protón y dos neutrones.

Partículas Isótopos StudySmarterFig. 3: Los isótopos de protio, deuterio y tritio (de izquierda a derecha).

Partículas resultantes de procesos radiactivos

Hay partículas que se crean como parte de la desintegración radiactiva, en la que un átomo emite partículas al romperse. Estas partículas incluyen las partículas alfa y las partículas beta:

  • Partículas alfa: compuestas por dos neutrones y dos protones, forman el núcleo del helio.

  • Partículas beta: compuestas por electrones de alta velocidad, pueden ser positivas o negativas, positrones (antimateria).

Partículas - Puntos clave

  • Las partículas son objetos localizados que, generalmente, tienen propiedades físicas como masa, carga, volumen y densidad. Pueden transportar energía.
  • Las partículas tienen diferentes tamaños, desde grandes moléculas formadas por muchos átomos unidos entre sí hasta átomos y partículas subatómicas más pequeñas. Estas partículas subatómicas, que componen el átomo, pueden dividirse en fermiones y bosones.
  • Las partículas subatómicas clásicas son los protones, neutrones, electrones y fotones.
  • Los bosones son las partículas elementales responsables del intercambio de tres de las cuatro fuerzas fundamentales del universo: la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.
  • Las partículas pueden ser emitidas como parte de procesos radiactivos, como la desintegración radiactiva. Ejemplos de partículas liberadas de ese modo son las partículas alfa y beta.

Preguntas frecuentes sobre Partículas

Las partículas son objetos cohesionados a los que podemos asignar propiedades como posición o velocidad. Dependiendo de la escala y de la rama ciencia, tendrán un tamaño u otro. Por ejemplo, aunque una partícula de polvo esté hecha de millones y millones de partículas subatómicas, se puede tratar como una partícula, si se estudia su movimiento en el contexto de la mecánica clásica.

  • Partícula elemental: electrón, quarks, bosones.
  • Partícula subatómica: neutrones y protones.

Clasificamos las partículas en dos grandes grupos: los fermiones y los bosones. 

Hay muchas partículas que componen el universo. Todas ellas son partículas elementales; que principalmente se dividen en dos grupos: los fermiones y los bosones. 

Distinguimos tres tipos de partículas en el átomo: los neutrones, los protones y los electrones. 

Cuestionario final de Partículas

Pregunta

Los fotones son:

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Answer

Partículas sin masa responsables de transportar la energía en forma de ondas electromagnéticas.

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Pregunta

¿Cuál de los siguientes no es proceso de emisión de fotones?

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Answer

Efecto fotoeléctrico.

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Pregunta

Los fotones son las partículas más rápidas del universo, viajando a 200.000.000 m/s aproximadamente en el vacío. ¿Verdadero o falso?

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Answer

Falso, viajan a 300.000.000 m/s aproximadamente en el vacío. 

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Pregunta

Los fotones nunca reaccionan ante fuerzas gravitatorias. ¿Verdadero o falso? 

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Answer

Falso, pueden reaccionar ante fuerzas gravitatorias provocadas por masas masivas, como agujeros negros. 

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Pregunta

Contra mayor es la longitud de onda de un fotón, la energía es ...

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Answer

mayor, dado que son directamente proporcionales.

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Pregunta

Ordena los siguientes tipos de onda de mayor a menor energía: Radio, luz visible, Rayos X, Rayos gamma.

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Answer

Rayos gamma > Rayos X > Luz visible > Radio

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Pregunta

Ordena los siguientes tipos de onda de mayor a menor longitud de onda: Radio, luz visible, Rayos X, Rayos gamma.

Mostrar respuesta

Answer

Radio > Luz visible > Rayos X > Rayos gamma.

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Pregunta

La luz siempre viaja a la misma velocidad, ¿verdadero o falso? 

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Answer

Falso, depende del medio, su velocidad puede variar.

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Pregunta

¿Qué es el efecto fotoeléctrico? 

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Answer

Es la emisión de electrones en un material cuando incide radiación electromagnética portada por fotones.

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Pregunta

¿Qué nombre recibe la cantidad mínima de energía que necesita un fotón para liberar un electrón? 

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Answer

Función de trabajo. 

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Pregunta

¿Qué son los fotoelectrones? 

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Answer

Los electrones expulsados del material en el efecto fotoeléctrico. 

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Pregunta

Los fotones son una forma de energía pura. ¿Verdadero o falso? 

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Answer

Verdadero, dado que no tienen masa. 

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Pregunta

¿Qué sucede si el fotón no tiene la energía mínima para liberar un electrón?

Mostrar respuesta

Answer

El material no expulsa electrones. 

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Pregunta

¿Qué definición es la más correcta para los fotones? 

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Answer

Cuantos de energía. 

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Pregunta

¿Qué es un quark?

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Answer

Los quarks son partículas fundamentales que componen a los protones y neutrones.

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Pregunta

¿Cuántos quarks componen un protón?

Mostrar respuesta

Answer

Tres.

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Pregunta

¿Cuántos quarks componen un neutrón?

Mostrar respuesta

Answer

Tres.

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Pregunta

La interacción fuerte es al fuerza fundamental más intensa. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero, pero solo a cortas distancias, ya que es cero a distancias superiores a \(10^{-15}\,\,\mathrm{m}\). 

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Pregunta

¿Cuál es la partícula mediadora en la interacción fuerte?

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Answer

Gluón.

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Pregunta

¿Cuál es la carga de un protón?

Mostrar respuesta

Answer

3.

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Pregunta

¿Cuál es la carga de un neutrón?

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Answer

0.

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Pregunta

¿Cuál es el símbolo de los quarks up y down?

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Answer

Up: u.

Down: d.

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Pregunta

Escribe tres propiedades que definen a un quark:

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Answer

  1. Carga eléctrica.
  2. Número bariónico.
  3. Número de extrañeza.

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Pregunta

¿Cuál es la composición de quarks de un protón?

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Answer

udu.

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Pregunta

¿Cuál es la composición de quarks de un neutrón?

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Answer

udd.

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Pregunta

¿Qué es un pión positivo?

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Answer

Es un hadrón formado por un par quark-antiquark.

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Pregunta

¿Cómo está formado un kaón positivo?

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Answer

Es una combinación de un quark up que tiene una carga de +2/3 y un antiquark extraño con una carga de +1/3.

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Pregunta

¿Cuál es la carga del pión y el kaón positivo?

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Answer

-1.

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Pregunta

¿Cómo se relaciona la desintegración beta con los quarks?

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Answer

En una desintegración beta se transforman hadrones. Dado que estas partículas están formadas por quarks, la desintegración beta está directamente relacionada con los quarks.

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Pregunta

¿Qué es la desintegración beta?

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Answer

Se conoce como desintegración beta al proceso en el cual se transforma un protón en un neutrón o un neutrón en un protón.

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Pregunta

¿Por qué en los procesos de conversión de protones en neutrones y de neutrones en protones se crean positrones?

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Answer

Para que se conserve la carga eléctrica.

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Pregunta

Cuando pasamos de un neutrón a un protón (desintegración beta menos), además de una carga eléctrica, ¿qué otra partícula se crea?

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Answer

Un antineutrino.

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Pregunta

¿Qué otro nombre recibe el modelo atómico actual?

Mostrar respuesta

Answer

El modelo cuántico.

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Pregunta

¿Qué ocurre cuando un electrón salta de órbita?

Mostrar respuesta

Answer

Absorbe o emite energía.

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Pregunta

¿Cuál es la diferencia entre los modelos de Thomson y Rutherford?

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Answer

Ambas respuestas son correctas.

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Pregunta

¿Cuál es la carga elemental de un electrón?

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Answer

-1.

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Pregunta

¿Cuál es la carga elemental de un protón?

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Answer

+1.

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Pregunta

¿Cómo se llama el primer filósofo que propuso los átomos?

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Answer

Demócrito.

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Pregunta

¿Cuál es la carga elemental de un neutrón?

Mostrar respuesta

Answer

0.

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Pregunta

¿Cuál es la composición clásica del átomo?

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Answer

Clásicamente, el átomo está formado por protones, neutrones y electrones.

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Pregunta

¿Qué afirmaba Demócrito sobre el átomo?

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Answer

Que toda la materia está formada por partículas indivisibles llamadas átomos.

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Pregunta

El modelo de Thomson propuso que los electrones flotan sobre el núcleo: ¿verdadero o falso?

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Answer

Verdadero.

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Pregunta

¿Es cierto que, según Rutherford, los electrones se mueven alrededor del núcleo?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, es cierto. 

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Pregunta

¿De qué estaba hecho el núcleo, según Thomson?

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Answer

Una sopa de carga positiva.

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Pregunta

¿Qué es un modelo atómico?

Mostrar respuesta

Answer

Todas las respuestas son correctas.

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Pregunta

¿Puedes nombrar los símbolos del neutrón, el protón y el electrón?

Mostrar respuesta

Answer

n, p y e.

Show question

Pregunta

Nombra los cinco modelos atómicos más conocidos:

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Answer

  • El modelo Dalton
  • El modelo Thomson
  • El modelo Rutherford
  • El modelo Bohr
  • El modelo actual o cuántico.

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Pregunta

¿Qué otro nombre reciben los protones?

Mostrar respuesta

Answer

Los protones y los neutrones también se conocen conjuntamente como nucleones.

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Pregunta

En la notación de los nucleidos, ¿dónde se encuentra el número del protón?

Mostrar respuesta

Answer

En la esquina inferior izquierda.

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Pregunta

¿Cuál es la masa de un protón?

Mostrar respuesta

Answer

\[1,67\cdot 10^{-27}\,\,\mathrm{kg}\].

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