Instituto Tecnológico De Mérida.

1ra. Unidad.
Estructura atómica.
* Tubos de descarga de croocks.
* Experimento de Thompson.
* Ecuación de rutherford.
* Espectro electromagnético.
* Ecuación de planck.
* Ecuación de broglie-dualidad onda-partícula.
* Principio de incertidumbre de hensemberg.
* Series espectrales.
* Modelo atómico de Bohr.


ESTRUCTURA ATOMICA.
Demócrito, filosofo griego, fueron probablemente los primeros en creer que la materia estaba constituida por partículas que denominaron atomos, palabra que significa 'sin división”, ya que consideraban el atomo como único e indivisible. Se basaba, no en pruebas experimentales, sino en un razonamiento que puede sintetizarse así: un trozo de metal puede cortarse en 2 pedazos y cada uno de éstos en dos pedazos mas; estos pueden dividirse sucesivamente hasta llegar a un momento en que se obtenga una partícula que ya no sea posible dividirla: el atomo . Pensaba que los atomos tendrían formas y tamaños distintos: esféricos, cilíndricos, irregulares.

Empédocles, otro filósofo griego, no creía en tal teoría y postulaba la idea de que la materia estaba constituida por 4 elementos que se combinabanentre sí. Según él, la vida sólo era posible donde había humedad: una flor sin agua se muere; luego el primer elemento era el agua. Pero el agua no es sólida, se escapa de las manos.  Empédocles consideró el fuego como 4ºelemento.
Posteriormente transcurre un largo período en la historia de la Química, la Alquimia, donde la preocupación primordial es tratar de convertir los metales conocidos en oro.
Hacia el 1800, el profesor inglés John Dalton recogió la idea del atomo que dio el filosofo Demócrito, si bien esta vez basandose en métodos experimentales. Mediante el estudio de las leyes ponderales, concluye que:
* la materia esta constituida por partículas indivisibles (atomos),
* todos los atomos de un mismo elemento químico son iguales,
* los atomos de elementos diferentes son también diferentes.
TUBOS De DESCARGA DE CROOKES.
El Tubo de Crookes es un cono de vidrio con 1 anodo y 2 catodos. Es una invención del científico William Crookes en el siglo XIX, y es una versión mas evolucionada del desarrollo del Tubo de Geissler.
Consiste en un tubo de vacío por el cual circulan una serie de gases, que al aplicarles electricidad adquieren fluorescencia, de ahí que sean llamados fluorescentes. A partir de este experimento (1895) Crookes dedujo que dicha fluorescencia se debe a rayos catódicos, que consisten en electrones en movimiento, y, por tanto, también descubrió la presencia de electrones en los atomos.
Al final del cono de vidrio, una banda calentada eléctricamente, llamada catodo, produce electrones. Al lado opuesto, una pantalla tapada de fósforo forma un anodo el que esta conectado al terminal positivo del voltaje (unos cien voltios), del cual su polo negativo esta conectado al catodo.

EL TUBO O EXPERIMENTO DE THOMPSON.
Jhon Daltonenuncio unos postulados que le han valido el titulo de ¨padre de la teoría atómica molecular¨.

Thompson: el atomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales.
a) Electrones con carga eléctrica negativa.
b) protones con carga positiva.
c) Neutrones, sin carga eléctrica y con una masa mucho mayor que las de los electrones y protones.

En 1897 Joseph John Thompson realiza una serie de experimentos y descubre el electrón. En tubos de gases a baja presión en los que se establece una diferencia de potencial superior a 10.000 voltios, se comprobó que aparecían partículas con carga eléctrica negativa a las que se llamó electrones, y demostró que habían sido arrancados de los atomos (los cuales eran neutros). Tal descubrimiento modificó el modelo atómico de Dalton, que lo consideraba indivisible. Thompson supuso el atomo como una esfera homogénea e indivisible cargada positivamente en la que se encuentran incrustados los electrones.

1.- la mayoría de las partículas alfa pasan por la lamina de oro sin desviarse, esto quiere decir que la mayoría de los atomos son espacios vacios.
2.- como algunas partículas alfa son desviadas esto quiere decir: que hay una parte del atomo muy pequeño y que tiene carga positiva.
3.- como pocas pero muy pocas partículas alfa son rebotadas o rechazadas, esto quiere decir, que hay una parte del atomo que es sumamente pequeño, donde se concentra, la mayor parte de la mas del atomo y que tiene carga positiva.
4.- A esto se le llama rutherford el núcleo del atomo.
Ernest Rutherford,realizó una serie de experimentos. Hizo incidir sobre una lamina finísima de oro un delgado haz de partículas cargadas positivamente de masa mucho mayores que el electrón y dotadas de energía cinética alta. En el choque observó distintos comportamientos:
* la mayoría atravesaban la lamina sin desviarse
* algunas se desviaban
* muy pocas retrocedían
Esta experiencia implicaba:
* que los atomos estaban casi vacíos, pues la mayoría de las partículas las atravesaban
* que hay una zona cargada positivamente, ya que algunas partículas retrocedían o se desviaban. Esta zona debe estar muy concentrada ya que es mayor el número de desviaciones que de choques.
ESPECTRO ELCTROMAGNETICO.
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera analoga a una huella. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, ademas de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda,como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda mas pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite maximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.



El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de 30 Hzs y menores que son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas.1 Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,9×1027 Hz, que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas.2
La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser expresado igualmente en cualquiera de esos términos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:

, o lo que es lo mismo 
, o lo que es lo mismo 
Donde  (velocidad de la luz) y  es la constante de Planck, .

1 metro = 10ª9 nanómetros
1 nanómetro= 10ª-9 metros.
1 metro= 10º10 angstrom.
1 angstrom= 10º-10 metros.

ECUACION DE PLANCK.
En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los resultados experimentales satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitían energía.
Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación electromagnética es siempre un múltiplo de la constante h, llamada posteriormente constante de Planck por la frecuencia v de la radiación.
e =nhv
h=6,62 10-34 J·s, constante de Planck
v=frecuencia de la radiación
A hv lellamó cuanto de energía. Que un cuanto sea mas energético que otro dependera de su frecuencia.
Efoton= H*f=h c/l corta
W=trabajo umbral.
W= H*fo. Fo= c/l larga EC= Efoton- Trabajo.

si la luz que incide en un metal tiene la energía necesaria, tendra la capacidad de arrancar electrones al metal y de que estos electrones viajen hacia una velocidad que va a depender de la energía cinética.

ECUACION DEBROGLIE-DUALIDAD ONDA-PARTICULA.
Según debroglie logro relacionar usando la teoría de planck.
Las ondas electromagnéticas: ondas; dispersión, difracción de la luz.
Los electrones emiten luz por medio de paquetes o cuantos de luz llamados FOTONES.
Planck: E=h*f=h C/L según la relatividad que la energía de un fotón.
E=la raíz.(m*c2)2p2c2.
E=p*c
mº= masa del fotón en reposo.
C=velocidad de la luz.
P=cantidad de movimiento.
m=masa del electrón.
V=velocidad.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE HEISEMBERG.
Principio enunciado en 1927 por el aleman Werner Heisenberg según el cual no puede ser conocida con exactitud y simultaneamente la posición y la cantidad de movimiento de un electrón..
Este principio tiene su origen en la mecanica cuantica según la cual el mismo hecho de medir la velocidad o la posición de un electrón implica una imprecisión en la medida
Por ejemplo, en el caso de que pudiéramos 'ver' un electrón u otra partícula subatómica, para poder medir la velocidad habría que iluminarlo. Pues bien, el fotón que ilumina a ese electrón modifica la cantidad de movimiento del mismo. Por tanto, modificaría suvelocidad original que es lo que queríamos medir.
Ap= incertidumbre en la cantidad de movimiento= m*v
SERIES ESPECTRALES.
SERIE | Estado final | Estados iniciales |
Lyman | Nf= 1 | N=2, 3,4…. |
Balmer | Nf= 2 | N= 3, 4,5… |
Paschen | Nf= 3 | N= 4, 5,6… |
Brackett | Nf= 4 | N= 5, 6,7 |
Pfund | Nf= 5 | N=7, 8,9… |


La fórmula de Rydberg puede escribirse para producir el recíproco de la longitud de onda de la luz emitida como:


MODELO ATOMICO DE BOHR.
Para salvar los inconvenientes del modelo anterior, N Bohr estableció una serie de postulados (basados en la teoría de Planck y los datos experimentales de los espectros) que constituyen el modelo atómico de Bohr:
* Admitió que hay ciertas órbitas estables en las cuales los electrones pueden girar alrededor del núcleo sin radiar energía. Deduce que sólo son posibles aquellas órbitas en las que el momento angular del electrón es múltiplo entero de 
.

Introduce un número n, llamado número cuantico principal, que da nombre a las distintas órbitas del atomo.

* El electrón, cuando emite energía cae de una órbita a otra mas próxima al núcleo. Lo contrario ocurre si capta energía.
Como según la teoría electromagnética una carga acelerada tiene que irradiar energía, no puede haber ningún orbital permanente. Por eso, Bohr argumentaba que no se podía perder energía continuamente, sino en cuantos (de acuerdo con la teoría de Planck) equivalentes a la diferencia de energía entre las órbitas posibles.
Cuando a un atomo se le suministraenergía y los electrones saltan a niveles mas energéticos, como todo sistema tiende a tener la menor energía posible, el atomo es inestable y los electrones desplazados vuelven a ocupar en un tiempo brevísimo (del orden de 10-8) el lugar que dejasen vacío de menor energía, llamados niveles energéticos fundamentales.



En el modelo de Bohr, solamente estan permitidas aquellas órbitas cuyo momento angular esta cuantizado.

n es un número entero que se denomina número cuantico, y h es la constante de Planck 6.6256·10-34 Js

Los radios de las órbitas permitidas son

donde a0 se denomina radio de Bohr. a0 es el radio de la órbita del electrón del atomo de Hidrógeno Z=1 en su estado fundamental n=1.
La energía total es

En una órbita circular, la energía total E es la mitad de la energía potencial

La energía del electrón aumenta con el número cuantico n.
La primera energía de excitación es la que lleva a un atomo de su estado fundamental a su primer (o mas bajo) estado excitado. La energía del estado fundamental se obtiene con n=1, E1= -13.6 eV y la del primer estado excitado con n=2, E2=-3.4 eV. Las energías se suelen expresar en electrón-voltios (1eV=1.6 10-19 J)