Material complementario Tema 1 Estructura de la materia IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

Tema 1: Estructura de la materia Introducción. Estructura de la materia. Unidades de masa y energía en Física atómica. Naturaleza de la radiación electromagnética. Espectro de la radiación electromagnética. Absorción y emisión de energía por los átomos. IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

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-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

X 2. Estructura atómica A Z Átomo Núcleo Átomo: Corteza electrónica Núcleo central con carga positiva. Región periférica o corteza, con carga negativa. En su conjunto, los átomos son eléctricamente neutros Corteza electrónica X A Z nro atómico nro másico 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. Símbolo del elemento IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

2. Estructura atómica (2) Tamaño núcleo-átomo El núcleo está formado por Z protones y A-Z neutrones (N). A estas partículas se las conoce como nucleones. La corteza electrónica está formado por Z electrones cuando el átomo está neutro. Un átomo puede perder electrones. El átomo sigue siendo el mismo pero queda cargado positivamente Al pinchar en tamaño núcleo-átomo aparece la imagen de la comparación entre los tamaños. Diámetro del átomo: 10-10m Diámetro del núcleo: 10-15m IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

2.1 Estructura electrónica. La energía de ligadura de los electrones disminuye al aumentar el radio de la órbita en que se encuentran. M L K Si los electrones tienen energía suficiente pasan a órbitas más alejadas Representación del átomo en su estado fundamental (Mínima energía) IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

2.2 El núcleo. X Neutrón. N=(A-Z) Protón Z A Z 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. IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

Isótopos del Hidrógeno. IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

Ordenando los elementos por el número atómico Z obtenemos la tabla periódica 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-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

3. Unidades de masa y energía El átomo es muy pequeño, por eso necesitamos definir unidades convenientes DIMENSIONES Átomos 10-10 m Núcleo 10-15 m 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 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 Kilo = 103 Mega = 106 Giga = 109 Fermi = 10-15 Nano = 10-9 Mili = 10-3 Pico = 10-12 Micro = 10-6 Múltiplos 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: donde c = 3 x 108 m/s. E = m c2 IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

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 (EM y mecánicas) 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. n = frecuencia= número de oscilaciones por segundo= 1/T (inversa del periodo) IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

5. Espectro electromagnético El conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas conocidas ordenadas de mayor a menor frecuencia, constituye el espectro de la radiación electromagnética IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

5.1 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 ni carga eléctrica, 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-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

6. Absorción y emisión de energía por los átomos. Estado fundamental Excitación Átomo excitado Desexcitación h·ν=E2-E1 Estado fundamental Átomo ionizado Ionización + IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009

Transiciones posibles del e- del hidrógeno. IRD-OP-GR-PW1 © CSN– 2009