Estructura de la Materia

1
Estructura de la Materia
2
ÁTOMOS
MATERIA
3
ÁTOMOS
4
Masa ? PAR ? cantidad de electricidad
5
? ELECTRON
6
TUBO DE RAYOS CATÓDICOS
7
Placa perforada
EQUIPO
Placa perforada
8

• Rayos Catódicos
• Se propagan en línea recta y proyectan sombra de
  cuerpos opacos que obstruyen su trayectoria
• Mueven hélices livianas.
• Los campos eléctricos y magnéticos desvían los
  rayos como lo harían con cargas negativas
• Sus propiedades son independientes del material
  del cátodo
• Sus propiedades son independientes del gas
  presente en el tubo

Tienen masa
Tienen carga (-)
Son universales
9
J.J. Thomson (1897)
10
H intensidad campo magnético r radio curvatura
producida e carga del electrón m masa del
electrón v velocidad del electrón E intensidad
campo eléctrico
r
e-
11
b) Luego se aplica el campo eléctrico (Se retorna
el haz a la posición central)
Feléctrica F magnética
e/m -1,759 108C/g
más de 1000 veces mayor que la de cualquier ión.
12
Robert A. MILLIKAN (1906-1914)
Simulación
13
Fuerza gravitatoria Fuerza eléctrica
M.g E.(n.e) M masa de la gota de aceite g
aceleración de la gravedad e carga del electrón
n número de electrones en la gota E intensidad
campo eléctrico Se deja caer libremente la gota
hasta velocidad constante. velocidad es
proporcional al radio de la gota. Con el volumen
de la gota y la densidad del aceite se determina
M (masa de la gota de aceite). M?.V ? 4 p r3
3 e -1,6022 x 10-19 coulombios m
9,1x10-28 g
14
TUBOS DE RAYOS CANALES
(atraviesan un cátodo perforado) q/m v/
H.r Relación diferente para cada gas Es máxima
para el H (protón) 9,63 x 104 C/g El protón
tiene igual carga que el electrón pero de signo
contrario y masa igual a 1 u.m.a. (q/m) p 9,63
x 104 C/g (q/m) e- 1,76 x108 C/g mp
1837 me
15
RADIOACTIVIDAD
Rayos Alfa partículas doblemente cargadas y de 4
umas (He2) Rayos Beta electrones Rayos
gamma radiación electromagnética
Simulación
16
MODELO ATÓMICO DE THOMSON

• Átomo contiene partículas más pequeñas de carga
  (-).
• Como los átomos son neutros, ?? contienen cargas
  ().
• Como los electrones eran tan livianos, ?? masa
  del átomo se asocia con ().
• Si () contienen la mayor parte de la masa
  atómica, ?? ocupará la mayor parte del volumen
• El átomo es una esfera uniforme de electricidad
  positiva de radio 10-8 cm con los electrones
  dentro de ella en el agrupamiento electrostático
  más estable

17
Simulación
18
(No Transcript)
19
Diámetro átomo (10-8 cm) ? 105. diámetro núcleo
(10-13 cm) El núcleo concentra el 99,97 de la
masa en 10-39 cm3
20
Simulación
21
(No Transcript)
22

• Moseley (1913)
• Bombardeo de átomos con electrones
  
• de alta energía
• Se expulsa un electrón interno y un electrón
  externo
• ocupa el lugar emitiendo rayos X
• (1/?) a Z2
• Diferencias entre Z y PAR
• Existencia del neutrón
• Chadwick (1932)

23
Z Número atómico Nº protones A Número másico
Nº protones Nº neutrones
A X
z ISÓTOPOS
igual Z y diferente A
24
100 19F
75.77 35Cl 24.23 37Cl
1.4 204Pb 24.1 206Pb 22.1 207Pb 52.4 208Pb
78.7 24Mg 10.1 25Mg 11.2 26Mg
25
ESTRUCTURA ATÓMICA
Espectroscopía Análisis de la radiación
electromagnética emitida o absorbida por las
sustancias.
26
ONDAS
l longitud de onda (longitud) n frecuencia
(tiempo-1)
V (velocidad) l n
Manguera
27
FUENTE
Número de ciclos por segundo ? frecuencia
28
Onda Electromagnética
Campo Eléctrico
Campo Magnético
Radiación Electromagnética Puede interpretarse
como campos magnéticos y eléctricos variables,
oscilantes en el tiempo y en la distancia.
29
c velocidad de la luz 2.998 108 m s-1
n número de onda cm-1
l longitud de onda
1 m 100 cm 109 nm 1010 Å (Å ángstrom)
30
Ejercicio

• 1.- Identificar la onda con
• Mayor frecuencia
• Mayor longitud de onda
• Mayor velocidad de la luz
• Mayor número de onda

31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
(No Transcript)
35
Ejercicio
2.- Calcular la longitud de onda para una
estación de radio que transmite a 92.1 MHz. (1MHz
106 Hz)
3.- Calcular las longitudes de onda de las luces
del semáforo. (verde 5.75 1014 Hz, amarillo
5.15 1014 Hz, rojo 4.27 1014 Hz)
36
ESPECTROS ATÓMICOS
Litio Sodio
Potasio Cobre
37
ESPECTROS ATÓMICOS DE EMISIÓN
VAPOR ATÓMICO
38
(No Transcript)
39
Espectro de líneas discretas (en el rango de la
luz visible) serie de Balmer 1885
Lámpara de Hidrógeno
40
SERIE ULTRAVIOLETA
SERIE VISIBLE
SERIE INFRARROJA
ECUACIÓN DE RYDBERG 1 / ? RH (1/n12 - 1/n22)
RH constante de Rydberg 109677 cm-1 n1 1
(ultravioleta) n2 2, 3, 4, . Serie de
Lyman n1 2 (visible) n2 3, 4, 5, . Serie
de Balmer n1 3 (infrarroja) n2 4, 5, 6, .
Serie de Paschen n1 4 (infrarroja) n2 5, 6,
7, . Serie de Brackett
41
ESPECTROS ATÓMICOS DE ABSORCIÓN
42
ESPECTROS ATÓMICOS DE ABSORCIÓN
43
(No Transcript)
44
SOL
K
Na
Cs
Rb
45
Ejercicio
Calcular las longitudes de onda de las líneas de
la serie de Lyman (n1 1) utilizando la ecuación
de Rydberg.
46

• Cuerpo negro
• Objeto que absorbe el 100 de la radiación
  incidente.
• No refleja ni transmite radiación.

Kirchhoff, 1862
Modelo para estudiar la emisión de radiación
electromagnética
47
Radiación del CUERPO NEGRO 1000 K Luz
visible 1500 K emisión en el rojo 2000 K
emisión en el blanco
48
Catástrofe ultravioleta No se puede explicar con
la teoría electromagnética clásica.
49
Max Planck (1900)
Energía no es continua Formada por cuantos o
paquetes de energía E h n h 6.626 10-34 J s
50
LUZ
h 6.626 10-34 J s

• frecuencia
• 1 s-1 1 Hz

E Energía J (Joule)
c velocidad de la luz 2.998 108 m s-1

• longitud de onda
• 1 m 100 cm 109 nm 1010 Å

51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
53
EFECTO FOTOELÉCTRICO
Expulsión de electrones de un metal cuando su
superficie se expone a radiación electromagnética.
Simulación
54

• No se emiten electrones, independientemente de la
  intensidad de la radiación, a menos que la
  frecuencia de la misma exceda un valor umbral
  característico del metal.
• Aún a intensidades muy bajas, los electrones son
  eyectados de la superficie del metal si la
  frecuencia es mayor que su valor umbral.
• La energía cinética de los electrones emitidos es
  directamente proporcional a la frecuencia de la
  radiación incidente pero independiente de su
  intensidad.

55
Einstein, 1905
Radiación electromagnética está compuestas por
partículas (fotones)
56
½ me v2 h n - F
57
Ejemplo La función trabajo de un metal es 2 eV.
Calcular la energía cinética y la velocidad de
los electrones emitidos por luz de longitud de
onda de (a) 700 nm, (b) 550 nm, (c) 400 nm. (1eV
1.602 10-19 J, h 6.626 10-34 J s, me 9.10934
10-28 g).
58
Ejercicios
1.- La función trabajo del Cs es 2.14 eV.
Calcular la energía cinética y la velocidad de
los electrones emitidos por luz de longitud de
onda de (a) 700 nm, (b) 300 nm. (1eV 1.602 x
10-19 J). 2.- Cuando la luz de longitud de onda
de 4500 Å incide sobre una superficie de sodio
metálico limpia se extraen electrones cuya
energía cinética es 6.4 x 10-13 erg. Cual es la
máxima longitud de onda de la luz que extraerá
electrones del sodio metálico? Cuál es función
trabajo del sodio?