Modelos atómicos. Descubrimiento de la estructura atómica Rayos Catódicos: 1897 Thomson Carga (e - )/masa (e - ) = 1.76 x 10 8 C/g.

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1 Modelos atómicos

2 Descubrimiento de la estructura atómica Rayos Catódicos: 1897 Thomson Carga (e - )/masa (e - ) = 1.76 x 10 8 C/g

3 Descubrimiento de la estructura atómica Carga (e - ) = 1,60  10 -19 C masa (e-) = 9,10  10 -28 C Gota de aceite: 1909 Millikan

4 Descubrimiento de la estructura atómica Naturaleza de la radioactividad: Rutherford La materia está constituida por particulas cargadas

5 Modelo atómico de Thomson

6 Modelo atómico de Rutherford 1909

7 Modelo atómico de Rutherford 1911 Protones: 1919 Rutherford Neutrones: 1932 Chadwick 10 -8 cm 10 -12 cm

8 Modelo atómico de Rutherford Proton Neutrón Electrón CARGA + 0 - Masa (uma) 1,0073 1,0087 0,0005486

9 Una onda es una perturbación vibracional, que se propaga a través del espacio transfiriendo energía. Una onda mecánica necesita un medio material para propagarse (que se deforma y restaura);una onda electromagnética lo hace a través del vacío.

10 Velocidad,  : es el producto de la longitud de la onda por su frecuencia. Depende del tipo de onda y del medio por el que viaja.  = unidades: distancia = distancia x onda tiempo onda tiempo : [metros], [centímetros], [nanómetros], [Å]=1·10 -10 m : hertz,[Hz]= 1 ciclo/segundo la palabra ciclo se puede omitir

11 Ejemplo, Calcule la velocidad de una onda cuya longitud de onda y frecuencia son 17,4 cm y 87,4 Hz, respectivamente u = 17,4 cm · 87,4 Hz = 17,4 cm · 87,4/s = 1,52 · 10 3 cm/s

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13 Naturaleza ondulatoria de la luz 1873, Maxwell

14 Espectro electromagnético

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16 Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a 3,00·10 8 m/s. Esta velocidad difiere de un medio a otro, pero no lo suficiente para alterar de manera significativa los cálculos Se utiliza el símbolo c, para denotar la velocidad de las ondas electromagnéticas (velocidad de la luz) c = = c

17 Ejemplo, La longitud de onda de la luz verde del semáforo, se sitúa alrededor de los 522nm. ¿cuál es la frecuencia de esta radiación? =c/ = 3,00·10 8 m/s 522·10 -9 m = 5,75 ·10 14 1/s = 5,75 ·10 14 Hz Es decir 5,75 ·10 14 ondas pasan por un punto fijo cada segundo

18 Naturaleza corpuscular de la Luz Evidencia experimental Radiación de un cuerpo negro Efecto fotoeléctrico Espectros de emisión

19 Teoria clásica de la radiacion: E α (Emax + Hmax) α Intensidad de la luz (amplitud de onda) Radiación de un cuerpo negro 2000 K 1500 K 500 K Predicho para1500 K

20 Radiación de un cuerpo negro 1900 E = n (hν) Hipótesis cuantica de Plank v = e -nh/KT h = 6,626  10- 34 J.s

21 E 0 1 2 E n0n0 n1n1 n2n2 0 1 2 n0n0 n1n1 n2n2 T1= 100 K T2=1000 K

22 Ejemplo, Calcule la E, en Joule, de a)Un fotón con una longitud de onda de 5,00 ·10 4 nm (zona IR). b)Un fotón con una longitud de onda de 5,00 ·10 -2 nm (zona rayos-X) a) para = 5,00 ·10 4 nm E = h, pero =c/ E = h c/ E = (6,63 10 -34 Js) (3,00 10 8 m/s) (5,00 10 4 nm) 1 10 -9 m 1nm E = 3,98 10 –21 J (la energía de un sólo fotón con = 5,00 ·10 4 nm) b) de igual forma, para = 5,00 ·10 -2 nm E = 3,98 10 –15 J (la energía de un sólo fotón con = 5,00 ·10 -2 nm) un fotón de rayos-X es 1.000.000 veces más energético que un fotón IR

23 14.- Sólo una fracción de la energía eléctrica suministrada a un foco de tungsteno se convierte en luz visible. El resto de la energía se manifiesta como radiación infrarroja (es decir calor). Un foco de 75 W convierte 15,0 % de la energía suministrada en luz visible si la longitud de onda es de 550 nm. Calcule cuántos fotones emite el foco por segundo. ( 1W= 1 J/s).

24 Efecto Fotoeléctrico 1905 E foton = h ν

25 Efecto Fotoeléctrico Frecuencia Energía del electron ν0ν0 Frecuencia umbral hν = hν 0 + ½ m e V 2

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27 Calcule la frecuencia umbral (νo) del Wolframio (W), sabiendo que al incidir sobre su superficie una radiación de 1,250 x 10-7 m, le arranca un electrón que posee una energía cinética de 8,0 x 10 -19 J. h = 6,63 x 10-34 J s me =9,109 x 10-31 kg

28 Espectros de emisión Continuo Discreto

29 Ecuación de Rydberg Donde: R H = 1.096776  107 m -1 h = 6.626  10-34 J·s n 1 y n 2 son enteros (n 2 > n 1 ).

30 Modelo Atómico de Bohr Postulados 1.Sólo están permitidas órbitas con ciertos radios, correspondientes a ciertas energías definidas. El momento angular del electron es un multiplo entero de h/2 π 2.Un electrón en una orbita permitida tiene una energía específica y está en un estado de energía permitido. Un electrón en un estado de energía permitido no irradia energía, y por lo tanto no cae hacia el nucleo 3.Un electrón sólo emite o absorbe energía cuando pasa de un estado de energía permitido a otro.Esta energía se emite o absorbe en forma de fotón con una energia h ν que es igual a la diferencia de energía entre dos estados

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32 estado fundamental estado excitado emisión de radiación estado fundamental h, se absorbe radiación h

33 Cuando n i > n f, la energía es emitida. Cuando n f > n i, la energía es absorbida Serie de Lyman Serie de Balmer Serie de Paschen

34 Ejemplo, ¿Cuál es la longitud de onda de un fotón emitido durante la transición desde el estado n i = 5 al estado n f = 2 en el átomo de hidrógeno? n f =2, entonces se trata de una línea de la serie de Balmer,  E = R H 1 - 1 n i 2 n f 2 = h = 2,18 · 10 -18 J 1 - 1 5 2 2 2 = - 4,58 ·10 -19 J El “-” para la energía indica una emisión. Pero para calcular, omito el signo, pues la longitud de onda debe ser un número positivo. Sabemos:  E = h y c = = c h = (3,00 10 8 m/s)(6,63 10 -34 Js)  E 4,58 ·10 -19 J = 4,34 10 -7 m = 434nm (visible)

35 Comportamiento ondulatorio de la materia Ecuación de De Broglie: h = E =c/ hc/ = E E = cp, p = momento= m v h/ = m v

36 Ejemplo, Una pelota de tenis es disparada a 62 m/s. Calcule su longitud de onda si su masa es de 6,0 ·10 -2 kg. 6,63 10 -34 Js = = 1.8 ·10 –34 m 6,0 ·10 -2 kg. 62 m/s.

37 longitud de onda de partículas partículamasa [g]v [cm/s] [Å] e (1-EV) e (100-EV) 9.1 10 -28 5.9 10 7 5.9 10 8 12.0* 1.2 He a 300 K6.6 10 -24 1.4 10 5 0.71 Xe a 300 K2.2 10 -22 2.4 10 4 0.12 * = 1,2 10-9 m = 12,0 Å

38 El principio de incertidumbre de Heisenberg

39 Modelo atómico mecano cuántico Ecuación de Schrödinger: - h 2 8 π 2 m δ2Ψ δ2Ψ δ2x2 δ2x2 + vΨ = EΨ

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46 dx 2 -y 2 dz 2 dxydyzdxz si l=2, hay 5 valores de ml, -2,-1,0,+1,+2 orbitales d : Como en los s y p los orbitales d aumentan de tamaño al hacerlo n

47 Atomos polielectrónicos

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51 PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI Dos e en un átomo no pueden tener los mismos números cuánticos. Pueden ocupar el mismo orbital, es decir tener igual n, l, m l, pero m s debe ser opuesto Para el He, se tienen dos e, tiene una configuración, 1s 2 : ¿ ? idem números cuánticos (violan el principio de Pauli, sólo el tercero está bien

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53 DIAMAGNETISMO Y PARAMAGNETISMO Los e son partículas cargadas eléctricamente, que giran en virtud de su espín, luego deben generar un campo magnético. Es decir se comportan como pequeños imanes. Al estar, sin embargo, dos e juntos en un orbital (apareados), estos imanes se cancelan. Aquellos átomos que tienen e no apareados, se les llama paramagnéticos y aquellos en que todos sus e lo están, diamagnéticos. S N S N N S se anulan los imanes: diamgnetismo pequeño imán, se orientará según la influencia de un imán externo: paramagnetismo S N S N

54 He: diamagnético 1s 2 Li : paramagnético 1s 2 2s 1 Be : 1s 2 2s 2 B : 1s 2 2s 2 2p 1

55 REGLA DE HUND La distribución más estable de los e dentro en los subniveles es aquella que tenga el mayor número de espines paralelos Ejemplo, El C tiene una configuración 1s 2 2s 2 2p 2. Cómo ponemos los dos e en los orbitales p CORRECTA

56 Así también para el N: 1s 2 2s 2 2p 3 paramagnético Para el Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 diamagnético

57 ¿Cómo es la configuración electrónica de un ion? Por ejemplo, el Na+, 11 Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 para pasar a Na+, debo quitarle un e, ¿cuál? ¿uno del orbital p o del s? Aquí la respuesta es sencilla, debo quitar el e que esté menos fuertemente ligado al núcleo, es decir el más externo, aquí el de mayor n: el e del orbital 3s. 11 Na+: 1s 2 2s 2 2p 6 (note que ahora quedó como el 10 Ne) ¿F - ? 9 F:[He] 2s 2 2p 5, le debo sumar un e, 9 F - :[He] 2s 2 2p 6 (note que ahora quedó como el 10 Ne) ¿O 2- ? 8 O:[He] 2s 2 2p 4, le debo sumar un 2e, 8 O 2- :[He] 2s 2 2p 6 (note que ahora quedó como el 10 Ne) F -,O 2-, Na + son isoelectrónicos al Ne, Todos tienen 10 electrones)

58 y en el caso del Cu, si le quito un e: 29 Cu: [Ar] 4s 1 3d 10 29 Cu+: [Ar] 4s 1 3d 9 29 Cu+: [Ar] 3d 10 ? Como se ve, el número cuántico principal, n, del orbital d es menor que el s. Luego estará más cerca del núcleo, será atraído con más fuerza. Si debe salir un e, lo hará desde el 4s 29 Cu+: [Ar] 3d 10 Los metales de transición pueden perder varios e, luego tener distintos estados de oxidación, y la configuración electrónica de los iones formados no siempre es la de un gas noble

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