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

SESIÓN # 3 Los electrones

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

NATURALEZA ONDULATORIA DE LA LUZ ¿Porqué estudiar la luz?

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

ONDAS Y LUZ

LUZ: ONDA ELECTROMAGNÉTICA Componente eléctrica Componente magnética

Espectro electromagnético http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=984

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

Longitudes de onda (nm) LUZ VISIBLE Tipo de radiación Longitudes de onda (nm) Violeta 380-436 Azul 436-495 Verde 495-566 Amarillo 566-589 Naranja 589-627 Rojo 627-770

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

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 104.9 MHz, si? Calcula las energías asociadas a cada frecuencia. Tip: determina las longitudes de onda h = 6,626 × 10-34 J·s y c=300000 km/s

E = h VARIABLES E = hc/ E = Energía  = Longitud de onda = Frecuencia c = Velocidad de la luz = 300000 km/s h = Constante de Planck = 6,626 × 10-34 J·s

ESPECTROSCOPÍA ABSORCIÓN-EMISIÓN

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

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.

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

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

MODELO ATÓMICO DE BOHR Niels Bohr (1885-1962), físico danés, galardonado con el premio Nobel de Física en 1922

Modelo planetario del átomo

PRIMERAS REFLEXIONES

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.

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.

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 http://www.astrocosmo.cl/anexos/m-ato_bohr.htm

Explicación de la líneas de emisión del hidrógeno

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

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

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

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 …

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

RADIACIÓN Y MEDIO AMBIENTE

EFECTO INVERNADERO

http://www.bbc.co.uk/spanish/especiales/clima/ghouse_2.shtml 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.

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.

http://www.bbc.co.uk/spanish/especiales/clima/fossil_fuel.shtml

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