Estructura atmica de la materia. Teora cuntica

1.El tomo y la constitucin de la materia

DALTON NO ACEPTADO POR LOS FSICOS que crean en la idea de que los tomos se encontraban como disueltos en ter: soporte de propagacin de la luz y asiento de los campos elctrico y magntico*

*1.El tomo y la constitucin de la materia

Espectroscopa y anlisis qumico

LLamas coloreadas estructura interna de la materia.

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Tubos de descarga y rayos catdicos

Los rayos catdicos son partculas cargadas elctricamente: electrones 1.El tomo y la constitucin de la materia

*Conclusiones del modelo de Thomson. El electrn

Primera partcula descubierta 1897

Los electrones estn presentes en todas las sustancias.La masa de los electrones es miles de veces menor que la prevista para los tomos.1.El tomo y la constitucin de la materia

*2. Naturaleza electromagntica de la luzNaturaleza de la luzNewton: la luz est formada por partculas.Huygens: la luz tiene naturaleza ondulatoria.En 1801, Young confirma la naturaleza ondulatoria (difraccin de la luz).

*2. Naturaleza electromagntica de la luzDefinicin de ondaOnda: Propagacin de una perturbacin vibracional en la cual se transmite energa, pero no materia

Caractersticas de una onda: amplitud, A, longitud, l, y frecuencia,f. v, es la velocidad de propagacin de la onda. La velocidad de propagacin de la luz en el vaco es : v = c = 3108 ms1

*2. Naturaleza electromagntica de la luzTeora electromagntica de Maxwell(1865)

La luz: onda electromagntica.

*2. Naturaleza electromagntica de la luzTeora electromagntica de Maxwell

Espectro electromagntico

*Experimentalmente se demuestra que todos los cuerpos emiten radiacin electromagntica llamada RADIACIN TRMICA, que depende:TemperaturaCaractersticas del cuerpo emisor3. Orgenes de la Teora cunticaRadiacin trmica.

*Para ver la influencia de la temperatura se elige el cuerpo negro (emisor y absorbente perfecto)

Ley de Stefan-Boltzmann: I ~ T4 Energa emitida por el cuerpo negro por unidad de tiempo y superficie I es proporcional a la cuarta potencia de la temperaturaLey de Wien: lmxT = k = 2910-3 mK Relaciona la temperatura de un cuerpo con la longitud de onda de la radiacin que ms emite

3. Orgenes de la Teora cunticaRadiacin trmica. Cuerpo negro

*El comportamiento del cuerpo negro no se puede explicar con las leyes de Maxwell.Ley de Stefan-Boltzmann: I = s T4Ley de Wien: lmxT = k3. Orgenes de la Teora cunticaRadiacin trmica. Cuerpo negro

*La energa no puede absorberse o emitirse de forma continua: E = n h fPlanck obtuvo la ecuacin correcta de la distribucin de energa del cuerpo negro3. Orgenes de la Teora cunticaHiptesis de Planck (1900)

Efecto fotoelctrico (Hertz finales s XIX, 1887)

Los metales emiten electrones (producen corriente elctrica) cuando son iluminados por la luz adecuada (frecuencia superior a la frecuencia umbral del metal).

*3. Orgenes de la Teora cunticaEfecto fotoelctrico (Hertz finales s XIX)

La fsica clsica interpreta:Que un slido irradiado un tiempo considerableaunque fuese con luz poco energtica, loselectrones iran acumulando energa hasta tener lasuficiente como para abandonar los tomos del metal.Pero la fsica clsica no explica:Que por muy intensa que sea la radiacin empleada, si no se superauna frecuencia mnima frecuencia umbral no hay emisin de electrones

*Efecto fotoelctrico: Einstein(1905)

La luz est formada por partculas (fotones) de energa E = h f

La energa de los fotones libera a los electrones del metal.3. Orgenes de la Teora cuntica

*3. Orgenes de la Teora cunticaNaturaleza dual de la luz

La luz se comporta de forma dual:Como onda: tiene frecuencia (f ), longitud de onda (l) y velocidad de propagacin. Se evidencia ms en la zona del espectro de baja frecuencia(Planck) E= f h Como partcula: tiene energa (E ) y se relaciona con el momento lineal.(Einsten) E= p c = mcc= mc2c/ h = p c

ECUACIN DE BROGLIE

f=c/ = h / p = h/mc

*Espectros atmicos de absorcin y emisin4. Espectros atmicos

*El espectro del hidrgeno4. Espectros atmicosJ.R. Rydberg(1889)RH= 109678107 m-1 1885

*Antecedentes: modelo de Rutherford5. Modelo atmico de Bohr

*Modelo de Rutherford (1911)5. Modelo atmico de BohrInconvenientes:Segn las leyes del electromagnetismo, cualquier cuerpo cargado elctricamente y en movimiento acelerado, desprende energa. Colapso del electrn hacia el ncleo

No explica satisfactoriamente los espectros atmicos

*Postulados del modelo de Bohr. tomo de hidrgeno(1913)Introduce como aproximacin que las rbitas son circulares

Estados estacionarios.Fcentrpeta= F electrostticamev2 = K e2 r r2

Ya no hay ni absorcin ni emisin de radiacin y, por tanto, el electrn mantendr su nivel energtico u rbita5. Modelo atmico de Bohr

*Postulados del modelo de Bohr. tomo de hidrgeno(1913)

2. Condicin de cuantizacin.De las infinitas rbitas posibles para la fsica clsica, slo seaceptan los estados estacionarios, aquellas cuyo valor delMomento angular L , sea mltiplo entero de h/2L= mevr = n h/2Teniendo en cuenta: mev2 = K e2 r r2

r = aon2 ; (ao= 52910-11 m) y v= 2 K e2 1 h n

5. Modelo atmico de Bohr

*Postulados del modelo de Bohr. tomo de hidrgeno(1913)

Transiciones electrnicas. Saltos electrnicos

Los electrones pueden saltar de una rbita a otra, tambin permitida,absorbiendo o emitiendo energa. La frecuencia de radiacincumple la condicin cuntica de Planck: E= f h

Ya se puede explicar los espectros de lneas observadas5. Modelo atmico de Bohr

*6. Niveles de energa en el tomo de hidrgenoK= 218 10-18J

*Aciertos del modelo de Bohr

Justifica la estabilidad del tomo (rbitas estacionarias).Introduce el concepto de niveles de energa, lo que permite explicar el espectro atmico del hidrgeno mediante la hiptesis de los saltos electrnicos.Relaciona las propiedades qumicas de los elementos con su estructura electrnica (Sistema Peridico).7. Desarrollo y limitaciones del modelo de BohrInconvenientes del modelo de Bohr

Los resultados para los tomos polielectrnicos eran defectuosos.Falta de coherencia: mezcla de ideas clsicas con ideas cunticas.

*Dualidad onda-corpsculo para la materia (De Broglie) 1924

El electrn en el tomo de hidrgeno debe comportarse como una onda estacionaria.8. Mecnica cuntica

Como onda estacionaria que se considera a un electrn enlazado a su ncleo, dicho electrn tiene permitidas ciertas rbitas 2 r = n Como se postula una doble naturaleza para el electrn, se cumple: mevr= n h/2 (2 Postulado de Bohr, condicin de cuantizacin)

*8. Mecnica cuntica

Principio de incertidumbre W. Heisemberg 1927

Ecuacin de Schrdinger 1926

Ecuacin de ondas del electrn. Orbital atmico.Al resolver la ecuacin obtenemos una serie de soluciones, cada unade las cuales describe un posible estado de energa para los electronesen el tomo.Cada e- de un tomo dado viene descrito por una combinacin devalores de los tres nmeros cunticos n l ml

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