TEMA 1: ORIGENES DE LA TEORIA CUANTICA DEL ATOMO

Antecedentes z Kanada, filosofo hindú ( V a.C.) materia discontinua, partículas eternas, muy pequeñas y en continuo movimiento. z Leucipo, filosofo jónico ( V a. C.)”Nada ocurre caprichosamente hay una razón necesaria para todo” Principio de causalidad. Paradoja de Parménides. “Átomo” Principio de conservación de materia y energía. z Demócrito “ sensaciones y pensamientos son solo apariencias , la única realidad son los átomos: posición, forma, tamaño e impenetrabilidad. z Aristóteles

Antecedentes z z z z z

…………………………………. Alquimistas, filósofos Edad Media Ley de conservación de la masa, A. Lavoisier( 1743-1794) Ley de las proporciones definidas, J. L. Proust ( 1754-1826) “Nueva teoría atómica” (1803-1808), J. Dalton (1766-1844)

J. Dalton

A. Lavoisier

L. Proust

Teoria atómica de Dalton z Toda la materia esta compuesta por partículas diminutas indestructibles e indivisibles “átomos”. z Un átomo es una partícula de materia, extremadamente pequeña que mantiene su identidad durante las reacciones. z Todos los átomos de un elemento son idénticos y tienen las mismas propiedades( masa) y son diferentes a los de otro elemento. z Los átomos de los elementos se combinan entre si para dar compuestos. z En el transcurso de una reacción química se produce un reordenamiento de los átomos. Los átomos no se crean , no se destruyen ni se descomponen en partes más pequeñas.

Descubrimiento de las partículas subatómicas.

Naturaleza eléctrica de la materia.

•Experimentos en tubos de rayos catódicos. Descubrimiento del electrón.

Tubo Crookes Cuando se aplica una diferencia de potencial entre los electrodos ( metálicos), del que tiene signo negativo ( cátodo) surge un chorro de corriente . Rayos catódicos

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Descubrimiénto del electrón. Observaciones Si se aplica un campo eléctrico los rayos catódicos se desvían hacia el polo positivo

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Descubrimiénto del electrón. Observaciones Si se aplica un campo eléctrico los rayos catódicos se desvían hacia el polo positivo

Si se aplica un campo magnético los rayos catódicos se desvían hacia el polo norte del campo

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Decubrimiénto del electrón. Observaciones Si se aplica un campo eléctrico los rayos catódicos se desvían hacia el polo positivo

Si se aplica un campo magnético los rayos catódicos se desvían hacia el polo norte del campo

Este comportamiento indica que la carga de los rayos catódicos es negativa

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Descubrimiento del electrón. Observaciones La sombra de un pequeño objeto se proyecta, si este se coloca en la trayectoria de los rayos catódicos. Se mueven en línea recta.

Si se coloca una rueda en su trayectoria se observa el giro de las aspas de la rueda. Las partículas de los rayos catódicos le transmiten cantidad de movimiento .Tienen masa

Descubrimiento de las partículas subatómicas Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Decubrimiento del electrón. Observaciones. Este comportamiento de los rayos catódicos es independiente del material de los electrodos y del gas del tubo. J.J. Thomson (1856-1940) en 1897 concluye que lo rayos catódicos están constituidos por partículas fundamentales con masa y cargadas negativamente. Electrones ( George Stoney) Modelo atómico de Thomson”budin de ciruela”

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Experimento de Thomson. Determinación carga/masa En presencia solo de H, una carga e (-) y masa m

FH = Hev V y trayectoria circular, r

mv2 FH = r

mv2 Hev= r ¿v?

e v = m Hr

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de tubos de rayos catódicos. Experimento de Thomson. Determinación carga/masa e v = ¿v? m Hr

FE = Ee

H+E F E = Ee

Se obliga al haz de rayos catódicos a volver a su trayectoria rectilínea E

F =FH

Ee = Hev v=

e = − 1 . 76 x 10 m

8

E H

Culombio/gramo

e E = 2 m H r

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Naturaleza eléctrica de la materia. •Experimentos de Millikan. Determinación carga del electrón Robert Millikan (1868-1953)

ne=n 1,6 x 10-19 Culombios e= 1,6 x 10-19 Culombios

e = −1.76 x 108 Culombios/g m

neE mg

e − 1,6 x10 − 19 C m = = = 9,09 x10 − 28 g e e/m − 1,76 x10 8 C / g

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Experimentos de rayos canales. Eugene Goldestein, (1850-1930), 1886 Formados por cargas + En la relación e/m si que influye el gas de llenado del tubo. Carga + es múltiplo de la carga fundamental. Esta relación es menor que para los electrónes. Carga += carga del electrón y masa 1836 veces la del electrón. Formación de iones

Descubrimiento de las partículas subatómicas. Descubrimiento del protón Rutherford, 1919, experimentos de dispersión de partículas α por átomos de N

Descubrimiento del neutrón James Chadwick, (1891-1974), 1932 4He 2

+94Be

12C 6

+

1n 0

Átomo nuclear Experimento de Rutherford Radiactividad Rutherford y Geiger, 1909 •La mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse. •Algunas se desviaban ligeramente. Partículas α

•Unas pocas, 1/20.000 se desviaban considerablemente. •Muy pocas no atravesaban la lámina, rebotaban en ella.

Átomo nuclear . Modelo de Rutherford

Átomo nuclear . Modelo de Rutherford No indicaba claramente como se organizan los e-, entorno al núcleo. Física clásica. Sistema de fuerzas centrales. Sistema planetario

q1q2 Zee Fa = = r r m e ve Fc = r

2

r

Fa= Fc

+

ET=Ec+Ep 2

1 Ze ET = − 2 r

Al moverse el electrón en su órbita, se acelera y su radio disminuye, pierde energía, origina un movimiento en espiral que le precipita sobre el núcleo.

•Radiación electromagnética 0

v = λυ c = λυ

= 2,9979x 108 m s-1

Velocidad de la luz en el vacío, c λ= longitud de onda ( m, nm,μm, pm, A) ν= frecuencia ( s-1) ν -1= número de onda

Espectro electromagnético

•Espectros atómicos

Espectro del átomo de H

⎛ 1 1 ⎞ = R⎜ 2 − 2 ⎟ λ ⎝2 n ⎠ 1

⎛ 1 1 ⎞ ⎜ = R⎜ 2 − 2 ⎟⎟ λ ⎝ n1 n2 ⎠ 1

n=3, 4, 5.....

n2 > n1

Ecuación de Balmer

Ecuación de Rydberg

R= 1,097 x 10 7 m-1= 109,678 cm-1 Rydber (1854-1919)

Radiación del cuerpo negro

Lord Rayleigh, expresión teórica a partir del principio de equipartición de la E.

⎛ 2πkT ⎞ R (υ ) = ⎜ 2 ⎟υ 2 ⎝ c ⎠

k= constante de Boltzman

Hipótesis de Planck Los átomos o moléculas, del cuerpo negro, emiten o absorben radiación a una determinada ν, no de forma continua.

ΔE = hυ

2πh R(υ ) = 2 − c

h= 6,626 x 10-34 J s

υ3 e

⎛ hυ ⎞ ⎜ ⎟ kT ⎝ ⎠

−1

Efecto fotoeléctrico, Hertz 1888 Observaciones E≥Φ Si hay efecto fotoeléctrico

E