SEMANA 1

QUIMICA

ING. GLADIS REYNA MENDOZA

SEMANA 2 TEORA ATMICA:

Desarrollo de la teora atmica.

Concepto de Ondas, ecuacin de Planck. Efecto Fotoelctrico.

Serie del espectro del Hidrogeno. Ecuacin de Balmer y Rydberg. Concepto del nmero de onda.

DALTON (1803)

+

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THOMSON (1904)(CARGAS POSITIVAS Y NEGATIVAS)RUTHERFORD (1911)(EL NUCLEO)BOHR (1913)(NIVELES DE ENERGIA)SCHRODINGER (1926)(MODELO DE NUBE DE ELECTRONES)MODELOS ATMICOS

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Una reaccin qumica es el reordenamiento de los tomos en las molculas.

Elemento zLa materia est constituida por partculas pequeas e indivisibles

Elemento xElemento y

Los tomos de un mismo elemento qumico son de igual peso y de igual naturalezaLos tomos de diferentes elementos qumicos son de distintos pesos y de distinta naturaleza

MODELO DE DALTON 1803

m e = 9,11 x 10-28 g

q/m = 1,76 x 108 C/g

Determin la relacin carga-masa del electrn, utilizando los tubos de rayos catdicos Millikan: determin la masa del electrn, mediante el experimento de la gota de aceite en 1909.-q = -1,6 x 10-19C Esfera de electricidad positiva. Electrones incrustados como pasas en un pastelCada elemento tiene en sus tomos, un nmero diferente de electrones que se encuentran siempre dispuestos de una manera especial y regularMODELO DE THOMPSON 1904

MODELO RUTHERFORD 1911

Muy denso, pesado

Carga positiva concentradaDesva las partcula Falla delmodelo: planteamiento de que toda partcula elctrica, separada de su posicin de equilibrio, vibra con una frecuencia determinada, originando la emisin de una onda electromagntica. Esta vibracin disminuye cuando pierde energa, hasta quedar en reposo, por lo que la fuerza centrfuga se anula, ocasionando un choque entre el electrn y el ncleo.Descubri el ncleo del tomo utilizando rayos + sobre una lmina de orodescriben orbitas no definidasMasa pequea Cortezancleoelectrones

El electrn se mueve en rbita circular alrededor del ncleoNo todas las rbitas son permitidas. Slo aquellas para las que el momento angular (mvr) es un mltiplo entero de h/2rbitasModelo de los niveles energticos estacionariosRadio de rbitaRn = 0,529 n2

R1R2El electrn puede pasar de una rbita permitida a otra absorbiendo/emitiendo un fotnMODELO BOHR 1913

Erbita = -

EXITOS Y FRACASOS DEL MODELO DE BOHREl electrn no esta limitado a una rbita circular.No se puede aplicar la mecnica clsica durante los saltos a otra rbita.El electrn en movimiento circular emitira una radiacin que lo frenara y se saldra de su rbita.Es determinista (posicin y velocidad extrapolables en todo momento)No explica el desdoblamiento de las lneas espectrales (efecto Zeeman)No funciona para otros tomos.

Para el hidrgeno, se obtienen los niveles energticos correctos.

Permiti identificar lneas debido a cationes de helio en estrellas.

Energa cintica media = -1/2 Energa potencial (comprobacin del teorema del virial)

XITOSFRACASOS

MODELO SOMMERFELD 1916 Arnold Sommerfeld, con la ayuda de la teora de la relatividad de Albert Einstein, hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:

Los electrones se mueven alrededor del ncleo en rbitas circulares o elpticas. A partir del segundo nivel energtico existen dos o ms subniveles en el mismo nivel. El electrn es una corriente elctrica minscula. Para explicar el desdoblamiento de las lneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las rbitas del electrn pueden ser circulares y elpticas. Introduce el nmero cuntico secundario o azimutal, en la actualidad llamado l,

Orbitas de Sommerfeld correspondientes a n = 3.Momentum angular

MODELO SCHRODINGER

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PARTICULAS FUNDAMENTALESpartculaMasa (kg)Masa (uma)Carga elctrica ( C )Descubierto porElectrn (e)9,11 x 10-310,00054858-1,6 x 10-19J. ThomsonProtn (p)1,672 x 10-271,00728+1,6 x 10-19RutherfordNeutrn (n)1,675 x 10-271,0078670J. Chadwick

1 uma = 1,66054 x 1024 g

Copyright 1998 - 2007,Derechos reservados,Sergio Torres Arzays

NMERO ATMICOTambin denominado carga nuclear (Z)

Corresponde al nmero de protones presentes en el ncleo y es igual al nmero de electrones cuando el tomo es neutro.

Identifica a cada elemento y define su comportamiento en la tabla peridica

NUMERO DE MASASe representa por (A) y corresponde al nmero total de partculas fundamentales en el ncleo de un tomo. A = n + Z

Representacin de un nclido (tomo de un elemento de composicin nuclear definida)

A ZEDonde:E = smbolo del elementoZ = nmero atmicoA = nmero de masa

ISOTOPOSSon nclidos de un mismo elemento qumico, que poseen igual nmero protones, diferente nmero de neutrones por lo tanto diferente nmero de masa.

Los istopos poseen propiedades qumicas iguales y propiedades fsicas diferentes.

Pueden ser naturales o artificiales

ISTOPOSRepresentacin de un nclido:ncleo especfico con un nmero determinado de protones yneutrones:EAZSmbolo delelemento

ISOTOPOS DEL OXGENOistoponombreAZn= A-ZOxigeno-161688Oxigeno-171789Oxigeno-1818810

16 818 817 8OOO

Determinacin de la masa atmica: espectrometra de masas

20Ne21Ne22NeEspectro demasas de Ne

ONDAS

DEFINICINEn fsica: una onda es la propagacin de una perturbacin de alguna propiedad de un medio (densidad, presin, campo elctrico o campo magntico) a travs del espacio transportando energa. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vaco.

Propagacin de ondas en el agua Representacin de una onda

La propiedad del medio en la que se observa la particularidad se expresa como una funcin de la posicin y del tiempo.

V = velocidad de propagacin de la ondaMatemticamente se dice que dicha funcin es una onda si verifica la ecuacin de onda:

CARACTERSTICAS DE LAS ONDAS Las ondas peridicas estn caracterizadas por crestas y valles

CARACTERIZACIN DE UNA ONDAlongitud de onda (simbolizada por ) es la distancia entre dos crestas o valles seguidos. Suele medirse en metros, aunque en mecnica cuntica es ms comn usar los nanmetros o los amstrongs (). nmero de onda (simbolizado por ) Es la inversa de la longitud de onda, viene dado por: = nmero de onda = longitud de onda

= 1/

= 1/

CARACTERIZACIN DE UNA ONDAfrecuencia f ( ) es la cantidad de periodos por unidad de tiempo (por ejemplo un segundo) y se expresa en hertz (s-1) f = frecuenciaT = periodo

periodo T es el tiempo correspondiente a un ciclo completo de oscilacin de la onda.

Relacin entre ,T, f

Longitud de onda pequeaAlta frecuenciaLongitud de onda largaBaja frecuencia

COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS Todas las ondas pueden experimentar las siguientes caractersticas:Difraccin - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstculo deja de ir en lnea recta para rodearlo. Para obtener informacin de la estructura atmica y molecular en qumica necesitamos longitudes de onda del orden de los tamaos tpicos atmicos y de las distancias de enlace: ~ 1 (= 10-10 m)Difraccin de rayos X Difraccin de electrones Difraccin de neutrones

COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.

Reflexin - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de direccin.

Refraccin - Ocurre cuando una onda cambia de direccin al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad. Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

EJEMPLOS DE ONDAS Olas: perturbaciones que se propagan por el agua.

Sonoras: onda mecnica que se propaga por el aire, los lquidos o los slidos.

Ondas de trfico (propagacin de diferentes densidades de vehculos, etc.) estas pueden modelarse como ondas cinemticas como hizo Sir M. J. Lighthill

Ondas ssmicas en terremotos.

Ondas gravitacionales, son fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo predichas por la relatividad general. Estas ondas an no han sido observadas empricamente.

EJEMPLOS DE ONDAS Electromagneticas: Son ondas que se propagan a travs del vaco. Ej. Ondas de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz ultravioleta, rayos X, y rayos gamma conforman la radiacin electromagntica.

Estas ondas electromagnticas viajan a 299,792,458 m/s (3 x 108 m/s) en el vaco.

ESPECTRO DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS

ECUACIN DE PLANCK

El fracaso en el intento de explicar la radiacin del cuerpo negro desde los conceptos de la fsica condujo al descubrimiento de Planck de que la emisin de energa es un mltiplo de la frecuencia de a radiacin ():

Efotn = Energa del fotn (J)h = constante de Planckh = 6,62 x 10-34 Joule . sc = velocidad de la luz = 3 x 108 m/s = Longitud de onda (m)ECUACIN DE PLANCK

h

EFECTO FOTOELCTRICO

EINRICH HERTZ (1888)Cuando se ilumina la superficie de un metal con radiacin electromagntica se observa el desprendimiento de electrones.

La energa cintica de los electrones depende de la frecuencia y no de la intensidad de la radiacin.

Esto slo ocurre si la frecuencia de la radiacin supera cierta frecuencia umbral Eu, para frecuencias inferiores no se detectan electrones por muy intensa que sea la radiacin radiacinmetale-E = Eu + EcE = energa del fotn (Planck)

Eu = energa umbral del metal (tablas)

Ec = energa cintica del electrn expulsado = m v2

EFECTO FOTOELCTRICOEn 1905 Albert Einstein explic el efecto fotoelctrico asumiendo que la energa de la radiacin electromagntica tambin est cuantizada, esto es, repartida en pequeos corpsculos, cuya energa viene dada por la ecuacin de Planck. me v2 = h fotn - h umbralc/ = frecuencia =

me v2AB

umbralfotn

ESPECTROS DE EMISIN Y DE ABSORCIN

ABSORCINEMISIN

ESPECTROS ATMICOSLos espectros de emisin de los elementos son:discontinuos, contienen lneas discretas a longitudes de onda definidas y especficas de cada elemento

Espectro de emisin del hidrgeno

LA ECUACIN DE BALMERExperimentalmente (1885) se comprob que las lneas de la serie de Balmer del espectro de emisin del hidrgeno aparecen a frecuencias que cumplen la ecuacin:Donde n1 es igual a 2 y n2 es un nmero entero mayor que 2, R es la cte. de Rydberg = 1,09677 x 10 7 m-1n2 = 3 Frecuencia de la lnea rojan2 = 4 Frecuencia de la lnea azul-verdosa, etc... = R .

-2221n1n1

El nmero de onda ()

= R= constante de Rydberg= 1,09677 x 10 7 m-1

= R .

NMERO DE ONDA (): ECUACIN DE RYDBERG

Otros espectros atmicos Otras series del espectro del hidrgeno y otros elementos, aparecen a frecuencias que cumplen relaciones matemticas similares (aunque ms complejas) a la ecuacin de Balmer Los espectros atmicos se han utilizado desde su descubrimiento para detectar elementos (por ejemplo en las estrellas) e incluso algunos elementos como el cesio y el rubidio fueron descubiertos por su espectro de emisin

Espectrofotmetro de absorcin atmica

TRANSICIONES ELECTRNICASLa expresin de la energa en funcin del nmero cuntico principal proporciona una explicacin de las lneas que aparecen en el espectro de emisin del hidrgeno

E = RH .

-2221n1n1RH = 2,18 x 10 -18 J