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Contenido Teoría atómica de la materia Descubrimiento de la estructura atómica Partículas fundamentales Energía cuantizada y fotones Efecto fotoeléctrico Centro Universitario de los Valles de la Universidad de Guadalajara


Teoría atómica de la materia Teorías Atómicas Son representaciones que se elaboran para facilitar la comprensión y el estudio del comportamiento del átomo. En el siglo V a.C. El filósofo griego Demócrito expresó la idea de que toda materia estaba formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles que llamó átomo que significa indestructible o indivisible. Del griego A‐ Sin  Tomo‐ división

Nació en Abdera, en el año 460 a.J.C. y murió en Tracia, en el año 370 a.J.C.

- Fue el primero en el estudio de átomo.


Aristóteles sostenía la idea que la materia era continua y estaba constituida por cuatro elementos

Los planteamientos de Aristóteles mantuvieron por mas de 2000 años Hasta que  1808

se


El profesor John Dalton formuló una definición precisa de las unidades indivisibles con las que está formada la materia y que llamó átomos.

El concepto de Dalton sobre los átomos es mucho más detallado y específico que el concepto de Demócrito.

Con base a la teoría atómica de Dalton un átomo se define como: Unidad básica de un elemento que puede intervenir en una combinación química


La teoría atómica de Dalton (1808) 1.

Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos. 

2.

Todos los átomos de un elemento son idénticos, tienen el mismo tamaño,  masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento son distintos de  los átomos de otros elementos.

3.

Los compuestos están formados por varios átomos de más de un elemento.  En cualquier compuesto, el número de átomos presentes es siempre un  entero o una relación simple. 

4.

En una reacción química los átomos solo se separan, se combinan o se  unen. Nunca se crean ni se destruyen. 


Joseph John Thomson a principios del siglo XX

Los rayos catódicos eran un haz de  partículas . Negativas a las que les  llamó electrones

1897

Los experimentos de Thomson sobre los  rayos catódicos en campos magnéticos y  eléctricos dieron pie al descubrimiento del  electrón he hizo posible medir la relación  entre su carga y su masa


Eugen Goldstein 1886

Empleando un tubo de rayos  catódicos modificado, descubrió  los protones


Descubrimiento de la estructura atómica Partículas fundamentales Nucleo: •La parte central del átomo contiene partículas con carga positiva (los protones) y partículas sin carga electrica (neutrones).

•Es la parte exterior del átomo. •Se encuentran partículas con carga negativa (electrones), éstas giran alrededor del núcleo, en niveles de energía.


•El Protón (p+): •- Fue descubierto por Eugene Goldstein, en 1886, al introducir un gas hidrógenos en un rayo catódico.

•El Neutron (n): •- Fue descubirta por James Chadwick, en 1932, mediante experiencias con reacciones nucleares.

•El electrón (e-): •- Fue descubierto por Stoney, en 1897, gracias a experimentos con electricidad.


Masa y carga del las partículas subatómicas Partícula

Masa (g)

Carga

Electrón

9.10939 x 10‐28

Negativa (‐1)

Protón

1.67262 x 10‐24

Positiva (+1)

Neutrón

1.67493 x 10‐24

Neutra (0)

Masa de p = masa de n = 1840 x masa de e‐ 2.2


Gases nobles Halógenos

Grupo

Metales alcalinos

Metales alcalinotérreos

Periodo


La naturaleza ondulatoria de la luz Cuando los átomos reaccionan, son los electrones los que  interactúan. Los primeros intentos (siglo XIX) para comprender el comportamiento de los átomos fallaron debido a que: Las propiedades de los átomos y de las moléculas no son gobernadas por las mismas leyes físicas que rigen a los objetos más grandes. (1990) La mecánica cuántica fue desarrollada para describir correctamente los átomos. Max Planck (1858‐1947)


Propiedades de las ondas La longitud de onda (λ, nm) es la distancia entre dos puntos correspondientes en ondas sucesivas

La frecuencia (ν, s‐1) es el número de valles que pasa por un punto dado por unidad de tiempo

Longitud de onda

La velocidad (υ) de una onda es el producto de  su longitud y frecuencia

υ=λν


Radiación electromagnética La luz visible se compone de ondas  electromagnéticas • Los campos eléctrico y magnético se propagan como ondas a través de un medio o espacio vacío • Una onda transmite energía.

Dado que toda radiación electromagnética se mueve a la velocidad  de la luz 

c=λν

C= 2.997925 X 108 m/s

La radiación electromagnética es la emisión y transmisión de  energía en forma de ondas electromagnéticas 


Diversos tipos de radiación electromagnética con distinta  longitud de onda y frecuencia.

violeta

Aumento de energía

rojo

Aumento de la longitud de onda 


La luz visible consta de un espectro de colores que abarca desde el rojo (mayor λ) hasta el violeta (menor λ) La luz visible constituye tan solo una porción del espectro electromagnético total Las radiaciones ultravioleta (UV) que son las que provocan quemaduras en la piel, tiene longitudes de onda más cortas que las de la luz visible Color

λ (nm)

ν (Hz) x 10‐14

Rojo

780‐622

3.84‐4.82

Anaranjado

622‐597

4.82‐5.03

Amarillo

597‐577

5.03‐5.20

Verde

577‐422

5.20‐6.10

Azul

422‐455

6.10‐6.59

Violeta

455‐330

6.59‐7.89


Un fotón tiene una frecuencia de 6.0 x 104 Hz. Determine la longitud de onda del fotón. ¿Se encuentra esta frecuencia dentro de la región visible? λ

λxν=c λ = c/ν λ = 3.00 x 108 m/s / 6.0 x 104 Hz λ = 5.0 x 103 m λ = 5.0 x 1012 nm

ν

Onda de radio

7.1


Misterio #1, “Problema del cuerpo oscuro” Resuelto por Planck en el año 1900 La energía y la luz son  emitidas o absorbidas en  múltiples unidades llamadas  “quantum”. E = h x ν Constante de Plank (h) h = 6.63 x 10‐34 J•s


En 1900 Max Planck propuso que:  La energía, como la materia, es discontinua Los átomos y moléculas emitían (o absorbían) energía solo en  cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos 

A la mínima cantidad de energía que se podía emitir (absorber) en  forma de radiación electromagnética Plank le llamo CUANTO

La energía E de un solo cuanto de energía esta dado por

E = hν

hν, 2 hν, 3 hν…. h = 6.63 x10‐34 Js


Misterio #2, “Efecto fotoeléctrico” Resuelto por Einstein en 1905 La luz tiene: 1. Naturaleza de onda 2. Naturaleza de partícula

e‐ KE

Un fotón es una “partícula” de luz

hν = KE + BE KE = hν ‐ BE

7.2


El efecto fotoeléctrico En 1888, Heinrich Hertz descubrió que cuando la luz choca con la superficie de ciertos metales, se emiten electrones. Este fenómeno se denomina EFECTO FOTOELECTRICO Características: La emisión de electrones solamente ocurre cuando la frecuencia de la luz incidente excede un valor umbral determinado (νo). Además, cuando se cumple esta condición, se puede observar que el número de electrones emitidos depende de la intensidad de la radiación incidente, pero las energías cinéticas de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la luz No se pudieron explicar con la teoría   ondulatoria clásica


Albert Einstein propuso que La energía radiante que incidía sobre la superficie metálica es una corriente de diminutos paquetes de energía. Cada paquete de energía llamado fotón, se comporta como una pequeñísima partícula. Energía cuantizada:

Energía de fotón = E = hν

La energía electromagnética se emite y se absorbe en forma de fotones


El electrón tiene una E = hν necesita un trabajo para que salga con una energía Ec

Efoton = Ecin max + wo donde wo = hνo

Ecin max =

1

mv2

2

La energía del fotón siempre es mayor  que la energía máxima


Teoría de Bohr del átomo hidrógeno Las investigaciones de Einstein prepararon el camino para resolver los espectros de emisión de los átomos y entender la forma en que los electrones están dispuestos en los átomos


El átomo de Bohr Proceso de emisión en un átomo de hidrogeno excitado según la teoría de Bohr

Las energías que tiene el electrón en el  átomo de  hidrogeno están dadas por:

E=

-RH n2

RH = 2,179 H 10-18 J

n = número cuántico principal  n= 1, 2, 3, ………. n=1   nivel basal, estado  energético más favorable n=2, 3, 4…. Nivel excitado

E1 < En


Postulados de Bohr 1.‐ El electrón se mueve en orbitas circulares alrededor del núcleo con el movimiento descrito por la física clásica 2.‐Un electrón en una órbita permitida tiene una energía especifica y está en un estado de energía “permitido”. Un electrón en un estado de energía permitido no irradia energía, y por tanto, no cae en espiral hacia el núcleo 3.‐ Un electrón sólo emite o absorbe energía cuando pasa de un estado permitido de energía a otro. Esta energía se emite o absorbe en forma de foton, E=hλ


TAREA   Serie de ejercicios 2 (TAREA 2) RESUMEN  de números cuánticos

Teoría Atómica  

Apuntes de la teoría atómica

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