6.1.1-Estructura de La Materia

8/19/2019 6.1.1-Estructura de La Materia

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ÁREA 6. NOCIONES DE FÍSICA DE RADIACIONES

Tema 6.1.1 Estructura de la materia.

Introducción.Estructura atómica.- Núcleo.

- Corteza electrónica.

- Capas K, L, M, N, O, P y Q.

Nomenclatura nuclear.- Número atómico Z.- Número másico A.

Energía de ligadura.- Concepto.

- Valores.Unidades en Física Atómica.

- Masa, carga y energía.

Equivalencia masa(m)-energía(E).- Relación de Einstein (E=mc2).

- Defecto de masa-energía de enlace.Grupos de núclidos.

- Isótopos, Isótonos, Isóbaros e Isómeros.

Ejercicios y complementos.- Partículas elementales.

- Problemas de aplicación.

6.1 Naturaleza de la radiación.


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Introducción.


- Hace más de 2300 años, Demócritoacuña el término átomo: El último

constituyente de la naturaleza que nopuede dividirse en nada más elemental(Filosofía).

ÁREA 6. NOCIONES DE FÍSICA DE RADIACIONES6.1 Naturaleza de la radiación.

- A principios del S.XX se tenía evidenciaexperimental de los electrones (e-) y de sucarga eléctrica negativa. También se sabía de

la neutralidad eléctrica del átomo.

- El modelo de Thompson, llamado “pastel depasas”, disponía a los electrones en posiciones

fijas en una masa de carga positiva.

(Ciencia) Dalton rescata el término.


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Introducción.


- En 1911, Rutherford, lanzó partículas cargadas positivamente (α)aceleradas con una d.d.p. contra una placa de oro. Sobre una pantalla desulfuro de zinc observó que muchas traspasaron la placa y otras fueron

“dispersadas”.- Rutherford explicó el fenómeno estableciendo que la carga positiva de

los átomos de oro debía concentrarse en un núcleo denso quedispersaba a las partículas según lo cerca o lejos que pasaran de él.


Átomo de Rutherford

Experimento de Rutherford

Fuente de partículas α

Pantalla fluorescente

Lámina de oro

Partícula dispersada


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Introducción.



- Bohr llamó a cada órbita electrónica permitida con una letra, desde K a

Q, de dentro afuera.- Aún hoy se utiliza la descripción de Bohr (1885-1962) por su simplicidad.

- Los e- del átomo de Rutherford en movimiento emitirían luz, perderíanenergía y caerían sobre el núcleo. Un átomo de H duraría 1 segundo!!

- Para resolverlo, Bohr desarrolla la idea de órbitas exclusivas en las que

los e-

se mueven con energías específicas.- Los e- tienden a ocupar las órbitas de mínima energía y si saltan de unaórbita a otra emiten radiación electromagnética (fotón).

K

L

M


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Introducción.


- Rutherford siguió sus experimentos bombardeando nitrógeno conpartículas α (núcleos de Helio) y detectando núcleos de Hidrógeno.Pensó que el núcleo de hidrógeno debía ser importante y lo llamó

primero (protón).- Pero el protón es más pesado que el e-, así que para explicar laestabilidad atómica (¿por qué no se repelen los protones?) eranecesaria otra partícula con igual masa que el protón pero sin carga.Rutherford la llamó por esto neutrón.



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Estructura atómica.


- Los átomos están compuestos de unnúcleo en el que se encuentran losnucleones: protones (con carga

positiva) y neutrones.- Los electrones con carga negativase mueven en órbitas de energíapermitida y compensan la carga

positiva de los protonesigualándolos en número.


Configuración electrónica

Hidrógeno Carbono


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Nomenclatura nuclear.


- El número atómico (Z) es el número de protones del núcleo. El númeromásico (A) es el número de protones y neutrones del núcleo.

- El número atómico caracteriza a cada átomo en la tabla periódica.

- Cuanto más protones hay en el núcleo, el número de neutronesnecesario para mantenerlos unidos se hace mayor que el número deprotones.



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Energía de ligadura.



- La energía que mantiene a los electrones en cada una de las órbitas seconoce como energía de ligadura, y esta es específica para cada nivel

y para cada átomo.

- El trabajo necesario para arrancar a un electrón del átomo es laenergía de ligadura que lo mantiene unido a él.- Considerando el nivel de ligadura cero

para un electrón libre, su energía de ligaduratiene un valor negativo.

- Si lográramos ejercer un trabajo igual a laenergía de ligadura para arrancar al e- de suórbita, este quedaría libre del átomo conenergía cinética cero.

- En un átomo, la energía de enlace de lasórbitas más profundas es mayor (más negativa).

- La energía de enlace de una órbita es mayor

cuanto más pesado (mayor Z) es el átomo.


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Unidades en Física Atómica.Masa, carga y energía.




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Equivalencia masa(m) – energía(E)Relación de Einstein



E= m·c2E es la energía equivalente a la masam en reposo por la velocidad de laluz en el vacío (c =2.998x108 m/s) alcuadrado.

Por ejemplo, la energía equivalente de un electrón, que tiene unamasa m=9.109x10-31 Kg será:

Igualmente, una unidad de masa atómica (uma) equivale a 931 MeV de energía

Á Í


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Equivalencia masa(m) – energía(E)Defecto de masa-energía de enlace



-Experimentalmente se comprueba que la masa de los núcleos esmenor que la suma de las masas separadas de sus protones yneutrones.- Ese defecto de masa de protones y neutrones supone unacantidad de energía, según la ecuación de Einstein.- Esa cantidad de energía es la energía de enlace nuclear entrenucleones.

Á Í


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Equivalencia masa(m) – energía(E)Defecto de masa-energía de enlace



- Hablamos de energía de enlace o defecto de masa como la cantidadde materia que en el proceso de formación del núcleo se transforma,

mediante la ecuación E = mc2, en energía que mantiene unido el núcleo.

El defecto de masa de un núcleo en particular es la cantidad deenergía liberada en el momento de su creación. Entonces se puede

producir energía al construir un núcleo. Esta es la idea tras el conceptode fusión como fuente de energía.

(Mh tiene en cuenta a protones y electrones)

Energía equivalente de

1 uma son ~931 MeV

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Grupos de núclidosIsótopos, Isótonos, Isóbaros e Isómeros



Á Í


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Á Í


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Una cantidad de un cierto elemento tiene una proporción de diferentesisótopos. Su peso atómico es un promedio de los diferentes números másicos.

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Complementoshttp://www.particleadventure.org/spanish/index.html





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Todas las partículas observadas son fermiones o bosones:- Las partículas que forman la materia ordinaria son fermiones.

- Los bosones son los mediadores de fuerza o partículas portadoras delas interacciones fundamentales.

Una partícula compuesta, formada por varias elementales, puede sertambién un fermión o un bosón dependiendo del número de fermionesque contenga:- Las partículas compuestas que contienen un número par de fermionesson bosones.

- Las partículas compuestas que contienen un número impar de fermionesson fermiones.



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Los fermiones elementales se dividen en dos grupos: quarks y leptones.La materia está hecha de quarks los cuales forman protones y neutrones

y también de leptones, los electrones.



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Toda interacción lleva asociada el intercambio de un bosón virtual. Lainteracción de estos bosones virtuales con fermiones reales es lo que da

lugar a las interacciones o fuerzas fundamentales. El alcance de dichainteracción viene dado por la masa de la partícula intercambiada.



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Modelo estándar



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Nomenclatura



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Esquema de repaso de la estructura atómica y nuclear

Inestabilidad nuclear!!

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