Estructura de la materia

Presentación del tema: "Estructura de la materia"— Transcripción de la presentación:

1 Estructura de la materia
La Química y su didáctica IV Dr. Víctor Manuel Ugalde Saldívar

2 SESIÓN # 3 Los electrones

3 ESTRUCTURA DE LA MATERIA
1a. Sesión. El origen de los elementos La estrellas y los planetas Condiciones de la reacción estelar Elementos e isótopos 2a. Sesión. El núcleo Pesos atómicos Reacciones nucleares Usos comunes de isótopos radiactivos 3a. Sesión. Los electrones Naturaleza ondulatoria de la luz Espectroscopía de absorción y emisión Modelo atómico de Bohr Radiación y medio ambiente 4a. Sesión. Modelos atómicos Modelo mecánico cuántico del átomo Los números cuánticos Configuración electrónica ¿Y eso para qué? Dr. Víctor Manuel Ugalde Saldívar

4 NATURALEZA ONDULATORIA DE LA LUZ
¿Porqué estudiar la luz?

5 INTERACCIÓN LUZ-MATERIA
Efecto fotoeléctrico Información sobre la naturaleza de los electrones

6 ONDAS Y LUZ

7 LUZ: ONDA ELECTROMAGNÉTICA
Componente eléctrica Componente magnética

8 Espectro electromagnético

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10 Radiación Longitud de onda (m) Frecuencia (Hz) Energía (J) Rayos gamma < 10 pm >30.0 EHz >19.9E-15 J Rayos X < 10 nm >30.0 PHz >19.9E-18 J Ultravioleta Extremo < 200 nm >1.5 PHz >993E-21 J Ultravioleta Cercano < 380 nm >789 THz >523E-21 J Luz Visible < 780 nm >384 THz >255E-21 J Infrarrojo Cercano < 2.5 um >120 THz >79.5E-21 J Infrarrojo Medio < 50 um >6.00 THz >3.98E-21 J Infrarrojo Lejano/submilimétrico < 1 mm >300 GHz >199E-24 J Microondas < 30 cm >1.0 GHz >1.99e-24 J Ultra Alta Frecuencia Radio <1 m >300 MHz >1.99e-25 J Muy Alta Frecuencia Radio <10 m >30 MHz >2.05e-26 J Onda corta Radio <180 m >1.7 MHz >1.13e-27 J Onda Media (AM) Radio <650 m >650 kHz >4.31e-28 J Onda Larga Radio <10 km >30 kHz >1.98e-29 J Muy Baja Frecuencia Radio >10 km <30 kHz <1.99e-29 J

11 Longitudes de onda (nm)
LUZ VISIBLE Tipo de radiación Longitudes de onda (nm) Violeta Azul Verde Amarillo Naranja Rojo

12 E=h ; E=hc/ Espectro continuo de luz visible

13 EJERCICIO ¿Porqué el Fonógrafo (1150 kHz AM) no se escucha cuando el automóvil pasa por debajo de un puente vehicular y en cambio EXA FM MHz, si? Calcula las energías asociadas a cada frecuencia. Tip: determina las longitudes de onda h = 6,626 × J·s y c= km/s

14 E = h VARIABLES E = hc/ E = Energía  = Longitud de onda
= Frecuencia c = Velocidad de la luz = km/s h = Constante de Planck = 6,626 × J·s

15 ESPECTROSCOPÍA ABSORCIÓN-EMISIÓN

16 Fuentes de espectros continuo, emisión y absorción
                                                                                        Fuentes de espectros continuo, emisión y absorción

17 Un espectro continuo en luz visible
Espectro de Absorción Imagen detallada del espectro visible del Sol El espectro de absorción del hidrógeno ¿Puede ver estas líneas en el espectro solar de arriba? Recuerde que el hidrógeno es el elemento más abundante en el Sol.

18 ESPECTROS DE ALGUNOS ELEMENTOS
REGLA Å=10-10m H emisión absorción He Li Be B

19 ESPECTROS DE ALGUNOS ELEMENTOS
REGLA Å=10-10m H emisión absorción C N O F Ne

20 MODELO ATÓMICO DE BOHR Niels Bohr ( ), físico danés, galardonado con el premio Nobel de Física en 1922

21 Modelo planetario del átomo

22 PRIMERAS REFLEXIONES

23 Postulados del modelo de Bohr
Solamente algunas órbitas están permitidas para el electrón. Con base en la teoría cuántica de Planck, determinó que las órbitas se encuentran a una distancia r=52.9 n2 pm del núcleo del átomo de hidrógeno, donde n es el número cuántico principal. Las leyes del electromagnetismo clásico no son del todo válidas en el nivel atómico. Los electrones no emiten radiación cuando giran alrededor del núcleo.

24 El modelo atómico de Bohr establece:
La energía del electrón esta cuantizada, es decir, no puede adoptar cualquier valor. La emisión y absorción de luz por los átomos se explica por el tránsito del electrón entre dos estados energéticos permitidos. Existe un estado de mínima energía llamado estado basal. El radio de la órbita más pequeña es 52.9 pm. El núcleo es diez mil veces más pequeño que el átomo. El número cuántico principal es suficiente para especificar la órbita del electrón y su energía. Si n crece, el electrón gira más lejos del núcleo y con mayor energía.

25 Representación de las órbitas
distancia                                                                 1 0,53 Å 2 2,12 Å 3 4,76 Å 4 8,46 Å 5 13,22 Å 6 19,05 Å 7 25,93 Å

26 Explicación de la líneas de emisión del hidrógeno

27 Energía del electrón en el átomo de hidrógeno
RH=Constante de Rygberg, 2.18x10-18 J

28 Número cuántico principal
Series del espectro de emisión del hidrógeno Número cuántico principal 8 7 6 5 4 3 2 1

29 Cambios de energía del electrón al cambiar de n
RH=Constante de Rygberg, 2.18x10-18 J

30 Series del espectro de emisión del átomo de hidrógeno
nfinal ninicial Región del espectro Lyman 1 2, 3, 4 ,5, 6, 7, 8 … Ultravioleta Balmer 2 3, 4, 5, 6, 7, 8 … Uv-Visible Paschen 3 4, 5, 6, 7, 8 … Infrarrojo Brackett 4 5, 6, 7, 8 …

31 EJERCICIO Determine las longitudes de onda para la emisión de n=5 a nfinal en las cuatros series de las líneas de emisión del átomo de hidrógeno. Calcule la energía en Joules para cada caso. RH=Constante de Rygberg, 2.18x10-18 J

32 RADIACIÓN Y MEDIO AMBIENTE

33 EFECTO INVERNADERO

34 El vapor de agua, el dióxido de carbono (CO2) y el gas metano forman una capa natural en la atmósfera terrestre que retiene parte de la energía proveniente del Sol. El uso de combustibles fósiles y la deforestación ha provocado el aumento de las concentraciones de CO2 y metano, además de otros gases, como el óxido nitroso, que aumentan el efecto invernadero. La superficie de la Tierra es calentada por el Sol. Pero ésta no absorbe toda la energía sino que refleja parte de ella de vuelta hacia la atmósfera.

35 Como resultado del efecto invernadero, la Tierra se mantiene lo suficientemente caliente como para hacer posible la vida sobre el planeta. De no existir el fenómeno, las fluctuaciones climáticas serían intolerables. Sin embargo, una pequeña variación en el delicado balance de la temperatura global puede causar graves estragos. En los últimos 100 años la Tierra ha registrado un aumento de entre 0,4 y 0,8ºC en su temperatura promedio. Alrededor del 70% de la energía solar que llega a la superficie de la Tierra es devuelta al espacio. Pero parte de la radiación infrarroja es retenida por los gases que producen el efecto invernadero y vuelve a la superficie terrestre.

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37 Gases con efecto invernadero
Acción relativa Contribución real CO2 1  (referencia) 76% CFCs 15 000 5% CH4 25 13% N2O 230 6%