Material complementario Tema 1 Estructura de la materia IRD-DR-PD-PW1

Tema 1: Estructura de la materia Introducción Estructura atómica La corteza electrónica El núcleo Nomenclatura nuclear Excitación e ionización. Unidades de masa y energía en Física atómica Radiación electromagnética. Naturaleza de la radiación electromagnética El fotón. IRD-DR-PD-PW1

1. Introducción X EL ÁTOMO Toda la materia está constituida por átomos Z EL ÁTOMO Toda la materia está constituida por átomos El átomo es la cantidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades químicas. Los átomos de cada elemento son iguales entre sí, pero distintos de los de otros elementos Los compuestos químicos se forman por la combinación de los átomos de los distintos elementos IRD-DR-PD-PW1

2. Estructura atómica Núcleo Átomo Corteza electrónica Tamaño núcleo-átomo Átomo Corteza electrónica ¡¡Guisante en un campo de fútbol!! En esta transparencia al pinchar en átomo aparece núcleo y al pinchar por segunda vez aparece corteza electrónica. Al pinchar en núcleo aparece la imagen del núcleo. Al pinchar en corteza electrónica aparece el dibujo de la corteza electrónica. Al pinchar en tamaño núcleo-átomo aparece la imagen de la comparación entre los tamaños. IRD-DR-PD-PW1

2.1 Corteza electrónica. La energía de ligadura de los electrones varía con el radio de la órbita en que se encuentren. M L K Si los electrones tienen energía suficiente pasan a órbitas más alejadas Representación del átomo en su estado fundamental (Mínima energía) IRD-DR-PD-PW1

2.2 El núcleo. X Neutrón. Protón A Z Protón El núcleo está formado por Z protones y A-Z neutrones (N). A estas partículas se las conoce como nucleones. IRD-DR-PD-PW1

2.3 Nomenclatura nuclear. X Z A= número másico = número de neutrones + número de protones. Z= número atómico = número de protones = número de electrones. X= Elemento químico Las propiedades del elemento químico están fijadas por Z Átomos con el mismo Z y distinto A siguen siendo el mismo elemento. Se les conoce como isótopos. Átomos con el mismo N (=A-Z) y distinto Z son átomos diferentes. Se les conoce como isótonos. Átomos con el mismo A pero distinto N y distinto Z son distintos elementos. Se les conoce como isóbaros. Isótopos del Hidrógeno. IRD-DR-PD-PW1

2.3 Nomenclatura nuclear. La clasificación ordenada de todos los elementos, en orden creciente de Z, constituye la "tabla periódica" En esta clasificación no se tiene en cuenta los diferentes átomos de un mismo elemento. IRD-DR-PD-PW1

2.3 Nomenclatura nuclear. Z N Para tener en cuenta el número de neutrones se emplea la tabla de nucleidos. IRD-DR-PD-PW1

2.4 Excitación e Ionización Estado fundamental Excitación Átomo excitado Desexcitación Estado fundamental Átomo ionizado Ionización + IRD-DR-PD-PW1

3. Unidades de masa y energía El átomo es muy pequeño, por eso necesitamos definir unidades convenientes 1 u.m.a. = Unidad atómica de masa= 1/12 átomo 12C (Carbono con 6 p + 6 n) 1 uma = 1,6606 x 10-27 Kg 1 kg = 1/1,606 x 10-27 uma = 6,22 x 1026 uma DIMENSIONES Átomos 10-10 m Núcleo 10-15 m MASA Neutrón ~ 1,008 u.m.a. = 1,675 · 10 -27 kg Protón ~ 1,007 u.m.a. = 1,673 · 10 -27 kg Electrón 1/1836 u.m.a. = 9,11 · 10 -31 kg Múltiplos Fermi = 10-15 Nano = 10-9 Mili = 10-3 Pico = 10-12 Micro = 10-6 Kilo = 103 Mega = 106 Giga = 109 1 eV = energía cinética que adquiere un e, inicialmente en reposo, cuando se le somete a una diferencia de potencial de 1 voltio. Energía Electronvoltio eV Kiloelectronvoltio KeV 1000 eV = 103 eV Megaelectronvoltio MeV 1000000 eV = 106 eV Gigaelectrovoltio GeV 1000000000 eV = 109 eV Podemos expresar la masa con unidades de energía empleando las ecuación de Einstein: E = m c2 donde c = 3 x 108 m/s. IRD-DR-PD-PW1

4. Radiación electromagnética Radiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material. Está formada por dos campos, eléctrico (E) y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares. l La velocidad de propagación en el vacío de las ondas EM es constante: c = 3 x 108 m/s Todas las ondas se caracterizan por: λ y ν Para todas las ondas EM se cumple la relación: c = n λ l = longitud de onda= distancia entre dos puntos de la misma fase. Espectro EM n = frecuencia= número de oscilaciones por segundo IRD-DR-PD-PW1

4.2 El Fotón Los fenómenos físicos asociados a la Radiación EM sólo se pueden explicar si se le asocia una dualidad en el comportamiento: Onda Partícula o corpúsculo = FOTÓN Fotón: corpúsculo de energía sin soporte material, equivalente a una energía cinética: donde h = 6,62 · 10-34 J·s. (Cte de Plank) E = h · v = h · c/λ El carácter ondulatorio explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción. El carácter corpuscular explica los fenómenos de interacción con la materia. Transiciones átomo H IRD-DR-PD-PW1

Transiciones posibles del e- del hidrógeno. IRD-DR-PD-PW1