Download Diapositiva 1 - IES Antonio Machado

El átomo
Modelos atómicos.
1. Modelo de Dalton. (1808)
2. Modelo de Thomson. (1898)
3. Modelo de Rutherford (1911)
4. Modelo de Bohr. (1913)
5. Modelo Schrodinger (1925)
6. Modelo Estándar.(1973)
1808
John Dalton (1766-1844).- Fue el primero que describió la ceguera hacia los colores
En 1808, Dalton publicó sus ideas sobre el modelo
atómico de la materia
1.
La materia está formada por
átomos.
2. Hay distintas clases de átomos.
Todos los átomos de un elemento
poseen las mismas propiedades
químicas.
3. Los compuestos se forman al combinarse los átomos de
dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas.
4. En las reacciones químicas, los átomos se intercambian de
una a otra sustancia, pero ningún átomo de un elemento
desaparece ni se transforma en un átomo de otro elemento.
1898
Sir Joseph John Thomson (1856-1940).
Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas
diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó
electrones Descubrimiento electrón
Se trata del modelo conocido informalmente
como el pudín de ciruelas, según el cual los
electrones eran como 'ciruelas' negativas
incrustadas en un 'pudín' de materia positiva
1911
Ernest Rutherford (1871-1937).
Logró la primera transmutación artificial de elementos químicos
mediante el bombardeo con partículas alfa de nitrógeno, que se
transformó durante el proceso en un isótopo del oxígeno.
Dedujo que el átomo debía estar formado por
una corteza con los electrones girando
alrededor de un núcleo central cargado
positivamente. modelo
JAMES Chadwick
Premio Nobel de Fìsica 1935, por el descubrimiento del
neutròn.
Un neutrón tiene carga eléctrica neta cero, y fuera del núcleo
atómico (es inestable), tiene un tiempo de vida media de
aprox. 15 horas.
Aunque Chadwick quiso que Rutherford apareciera en los artículos sobre el
descubrimiento del neutrón, este se negó ya que consideró que el mérito debía
ser para James. Este comportamiento no era ni mucho menos novedoso, en su
momento tampoco dejó que Geiger y Marsden le incluyeran en el artículo que
describió el experimento que a la postre llevó al descubrimiento del núcleo
atómico.
Espectros atómicos
En el siglo XVII, Isaac Newton demostró que la luz blanca visible procedente del sol
puede descomponerse en sus diferentes colores mediante un prisma. El espectro que
se obtiene es continuo; contiene todas las longitudes de onda desde el rojo al violeta, es
decir, entre unos 400 y 700 nm (1 nm -nanómetro- = 10-9 m).
En cambio la luz emitida por un gas incandescente es coloreada y espectro que se
obtiene es discontinuo. Cada elemento (es decir cada tipo de átomos) posee un
espectro característico que puede utilizarse para identificarlo.
El modelo atómico de Rutherford no podía explicar estas emisiones discretas de
radiación por los átomos. Además presentaba el inconveniente de ser inestable:
Según la física clásica una carga en movimiento emite continuamente energía por lo
que los electrones radiarían energía continuamente hasta "caer" en el núcleo, con lo
que el átomo se destruiría.
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
El espectro consiste en un conjunto de líneas paralelas, que corresponden cada
una a una longitud de onda.
Podemos analizar la radiación que absorbe un elemento (espectro de absorción)
o la radiación que emite (espectro de emisión).
en los siglos XVIII y XIX , los cientificos identificaron que cada elemento al estar en
contacto con el fuego generaba un tipo distinto de color
LITIO
SODIO
POTASIO
CALCIO
ESTRONCIO
BARIO
COBRE
Max Planck
Fue premiado con el Nobel 1918 y considerado el
creador de la teoría cuántica.
En 1900 Planck formuló que la energía se radia en
unidades pequeñas separadas denominadas
cuantos.
→ Los fotones no tienen energía continua sino
discreta: CUÁNTOS DE ENERGÍA
E = h  E=hc/λ
h= constante de Plank= 6,63 · 10 –34 Js
Efecto fotoeléctrico
ecuación de Einstein
1913
Niels Bohr (1885-1962).
Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones
giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos.
Modelo modelo bhor
Este modelo atómico le valió el
Premio Nobel de Física en
1922.
Colaboró en el proceso de creación de la primera
bomba atómica (Proyecto Manhattan). Explicación
de fisión nuclear
En 1945, concluida la contienda mundial, regresa a la Universidad de Copenhague,
preocupándose por el control de la energía nuclear y por el desarrollo de sus
aplicaciones pacíficas. En 1955, fue el primero en recibir el premio "Átomos para la
paz" .
La limitación del modelo de Böhr surge en el átomo de Hidrógeno
Línea espectral
Ondas de Materia
Luis de Broglie (1924)
Basándose en la extraña naturaleza dual de la luz evidenciada por la radiación
del cuerpo negro, y del efecto fotoeléctrico, Louis de Broglie propusó en 1924
que la materia también debería poseer propiedades tanto ondulatorias como
corpusculares
Experimento doble rendija
¿Porqué la energía de los electrones está cuantizada?
2πr = nλ
λ = h/p
n = 1, 2, 3,…
1925
La Mecánica Cuántica Ondulatoria Erwin Schrödinger
Su modelo introduce los subniveles de energía y el concepto d
Orbital
Estudió el trabajo de L. de Broglie y propuso una ecuación de
onda que permitía describir el comportamiento de la onda de
materia. La forma de esa ecuación es:


2

   V x, t  x, t   i
2m
t
2
1927
Heisenberg llegó a concluir su principio de
incertidumbre:
“No se puede conocer simultáneamente el momento p y la
posición de una partícula con certidumbre”
Características del Modelo Mecano Cuántico
• Regido por el Principio de Incertidumbre, que plantea que es
imposible determinar la posición y la velocidad (momentun) del
electrón.
• Por lo tanto los electrones se ubican en niveles de Probabilidad
denominados Orbitales (ecuaciones de Onda)
• El electrón tiene un doble comportamiento: dualidad onda-partícula
• El modelo es esencialmente un modelo matemático.
• La ubicación de las partículas sub- atómicas de los modelos
anteriores se mantiene.
El experimento del gato de Schrödinger o
paradoja de Schrödinger
1973
El Modelo Estándar
La materia está formada por quarks y leptones que interaccionan intercambiando bosones
Incluye:
6 quarks
6 leptones.
4 bosones
El Modelo Estándar
Es uno de los mayores logros de la física de
partículas.
● Describe todas las partículas y sus interacciones.
●
●
Incluye:
6 quarks y sus antipartículas (en 3 colores).
➔6 leptones y sus antipartículas.
➔4 bosones o “intercambiadores” de fuerzas.
➔
“Materia”
“Fuerzas”
Toda la materia conocida está formada por quarks
y leptones que interaccionan intercambiando
bosones.
Materia: Leptones y Quarks
Quarks
Leptones
Quarks
Existen tres familias de quarks: (u,d), (c,s) y (t,b)
●
●
Tienen carga eléctrica, sabor y color.
Sienten todas las interacciones fundamentales: electromagnética, débil, fuerte
( y gravitatoria).
●
●
No existen de forma libre
Up y Down: materia normal.
protones (uud) y
neutrones (udd)
Charm, Strange, Top y
Bottom:
rayos cósmicos o
aceleradores.
Quarks
Leptones
Leptones
●
Tienen carga eléctrica (o no), y tienen sabor, pero no color.
Sienten todas las interacciones fundamentales salvo la fuerte: electromagnética,
débil ( y gravitatoria)
●
Los electrones “e-” y neutrinos electrónicos “νe” son los constituyentes de la
materia “normal”.
●
●
Los demás
(muones, tauones,y antineutrinos muónicos
y tauónicos) se producen en colisiones en
rayos cósmicos o en aceleradores.
Modelo de Dalton
Modelo de Rutherford
Modelo de Thomson
Modelo de Bohr
VISIÓN ACTUAL DEL ÁTOMO
Modelo Estándar
●
Hablamos de:
probabilidad
→ Funciones de onda
●
Partículas elementales
Fuerza: Bosones
Protones y electrones por la fuerza electromagnética (distinta
carga → se atraen)
… pero ¿qué pasa con los protones en el núcleo? ¿por qué no se
repelen?
Cada fuerza tiene una partícula asociada con ella, un bosón, que le permite
actuar a distancia
Fuerza
Intensidad relativa
Acción
Gravitatoria
1
Nos mantiene sobre el suelo
Débil
1029
Procesos nucleares
Electromagnética
1040
Une protones y electrones
Fuerte
1043
Mantiene unido el núcleo
Fuerza Fuerte
Hace que protones (cargados positivamente) permanezcan unidos en
el interior del núcleo.
●
●
Actúa entre quarks.(dentro de protones y neutrones)
La fuerza entre cargas de color es muy intensa pero de corto alcance
●
Dos quarks interaccionan intercambiando gluones.
Fuerza Electromagnética
Emitiendo o absorbiendo un fotón el electrón puede cambiar
su posición y su energía en un átomo.
●
●
Ocurre entre partículas cargadas.
Fuerza Débil
Implica interacciones entre quarks y leptones, como la
desintegración beta.
●
●
Hay tres portadores de fuerza: W+, W- y Z0. Tienen masa.
Desintegración beta:
1. Un quark “d” del neutrón decae en
un quark “u” emitiendo un bosón “W”
2. Finalmente, el bosón decae en leptones
Fuerza Gravitatoria
●
La gravedad de Einstein no es válida a cortas distancias.
●
No se ha encontrado un equivalente cuántico.
Teóricamente, la interacción gravitatoria intercambiaría un bosón
llamado gravitón, pero...
●
… el gravitón no ha sido descubierto.
Como la gravedad es muy poco intensa a cortas distancias, el
Modelo Estándar
funciona muy bien con electromagnetismo,
interacción débil y fuerza fuerte.
●
El Modelo Estándar
Leptones y
Quarks:
Materia
Bosones:
Fuerzas
Las Partículas se dividen en :
Fermiones
cumplen el Principio de Pauli
el spin es fraccionario
1/2 3/2 ……
Quark, Leptons, Protons,
Neutrons, etc
Bosones
no cumplen este principio
 el spin es entero
0, 1, 2, ……
Mediadores de fuerza:
fotón, glúon, W, Z
gravitón. etc
PARTICULAS Y ANTIPARTICULAS
• Las antimateria existe tanto
como la materia.
(en el universo hay una descompensación
de materia y anti-materia.
No se sabe el por que)
Partículas de materia y antimateria
Iguales y opuestas
Partículas de
materia
Partículas de
antimateria
Las partículas que "sienten" la fuerza nuclear fuerte se llaman hadrones,
mientras que las que no la sienten son los leptones.
Los hadrones se forman por unión de partículas más elementales llamadas
quarks, mientras que los leptones se consideran como partículas sin
estructura y por tanto verdaderamente elementales.
Hay seis tipos (también llamados “sabores”) de quarks y de leptones
Los leptones pueden existir aislados
los quarks se asocian siempre en tríos (bariones) o en parejas quarkantiquark (mesones).
Los protones y los neutrones son los bariones más conocidos, mientras que
piones y kaones son mesones.
TABLA PERIODICA
En 1817 Johann Dobereiner (triadas)
Fe, Co, Ni
Ca, Sr, Ba
Cl, Br, I
Li, Na, K
1863 Tornillo Telúrico de Chancourtois (peso atómico)
1864 Las Octavas de Newlands
1969 Mendeleiev y Meyer
1914Henry Moseley (número atómico)
Tabla Actual
aumenta
RADIO ATÓMICO
disminuye
ENERGÍA DE IONIZACIÓN, I
Es la mínima energía requerida para quitar un e a un átomo gaseoso en su
estado fundamental. Es una medida de la estabilidad de los e externos.
energía + X(g)  X+(g) + e
I1
energía + X+(g)  X++(g) + e I2
Las mayores I, son de los gases nobles