ESTRUCTURA ATÓMICA

Javier Ignacio Villalobos Cisternas

Teoría Atómica

Propone que la materia esta compuesta de pequeñas partículas llamadas átomos.

Átomo

Del griego, indivisible. Demócrito, filosofo presocratico del siglo

V, Afirmo que todo estaba compuesto de pequeñas partículas llamadas átomos

Teoría Atómica de Dalton

Primer Modelo atómico con bases científicas

Fue postulado entre 1803 y 1807 Propone que cada elemento

químico esta compuesto por pequeñas partículas llamadas átomos, que son iguales y exclusivos, y aunque eran indivisibles e indestructibles, se podían asociar para formar estructuras mas complejas.

Átomo de John Dalton Se baso en la ley de la

conservación de la materia (Lavoisier), afirma que ante una reacción química la masa permanece constante.

Permitió aclarar por primera vez que las sustancias químicas reaccionan en proporciones estequiometrias.

Ley de las proporciones. Dalton pensaba que la

formula química del agua era HO

Postulados contemporáneos En 1805 gay Lussac, y Alexander Von Humboldt

demostraron que el agua estaba formada por dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno.

En 1811, Amedeo Avogadro, concreto la exacta composición con lo que hoy se conoce como ley de Avogadro, que evidencia la existencia de moléculas diatomicas (N2, O2)

Estas fueron las bases para la construcción de lo que hoy conocemos como tabla periódica.

Avances en el modelo atómico.

A finales del siglo XIX, debido a experimentos con electromagnetismo y radioactividad, los físicos descubrieron que el denominado átomo indivisible, en realidad era divisible en partículas subatómicas.

La primera partícula subatómica en descubrirse fue el electrón, por Thomson.

Teoría atómica de Thomson Propuesta en 1904, por Joseph Thomson, quien descubrió

en 1898 el Electrón. Indico que el electrón es de carga negativa y coexiste en un

átomo de carga positiva. Estos electrones coexistían en una nube de carga positiva

dentro del átomo

Joseph Thomson El apoyo de su teoría se

baso en los estudios de electricidad.

Principalmente de los tubos de rayos catódicos.

La evidencia dejada por los tubos, sugería que el átomo poseía partículas eléctricas de carga negativa.

Rayos catódicos Son corrientes de electrones observadas en tubos de vacío. Poseen un cátodo, electrodo negativo, y un ánodo. Cuando se calienta el cátodo, emite una radiación que viaja hacia el

ánodo. En otras palabras Thomson descubrió que los rayos (electrones) se

dirigían desde el polo negativo hacia el positivo, los llamó rayos catódicos Con esto se demostró que el electrón tiene carga negativa.

Átomo de Rutherford Postulado por Ernest Rutherford. Es el primero en proponer que el átomo esta formado por dos partes, una

“corteza o periferia” del átomo, constituida por los electrones que giran a gran velocidad alrededor del “núcleo”, que contiene la mayoría de la masa (99%).

Propone que el átomo tiene una carga positiva en un núcleo. El problema de este postulado es que no se concibe la estabilidad del

átomo, ya que los electrones terminarían colisionando con el núcleo.

Modelo atómico de Bohr Propuesto Por Niels Bohr en

1913. Explica como los electrones

pueden tener orbitas estables alrededor del núcleo

Esto se debe a que los electrones solo pueden moverse en orbitas especificas.

Se conciben los protones y neutrones en el centro del átomo

Átomo de Niels Bohr

Electrón, Protón y Neutrón Son las partículas subatómicas, estas

pueden existir sin necesidad de estar relacionas.

Efecto Fotoeléctrico Descubierto por Heinrich

Hertz en 1887 Explica como incide la

radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta) sobre la emisión de electrones (arco eléctrico)

Se observo como el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta, en contraparte que cuando ocurre en la obscuridad.

Explicación En 1905, Albert Einstein explica en un articulo llamado

“Heurística de la generación y conversión de la luz” el fenómeno Efecto fotoeléctrico.

Los Fotones, tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz, en este proceso de fotoemisión, cualquier electrón puede absorber esta energía permitiendo que este electrón sea arrancado del material.

Desarrollo de guía 1

Elementos y sustancias

Todo lo que nos rodea, esta compuesto de elementos. O una combinación de ellos llamados sustancias.

H, Ca, N2, O2, P, Cl, Cu, Au, Na, Agua (H2O) sal ( na+cl) Acero (Fe+c)

Orbitas Cada elemento posee una cantidad

determinada de orbitas. K,L,M,N,O,P,Q

Orbitas

Siendo la mas cercana al núcleo la orbita K

La ultima se denomina orbita de valencia.

Orbitas Un átomo puede tener en su ultima orbita

como máximo 8 e-. De ser así se trata de un aislante.

Elementos Aislantes

Poseen de 5 a 8 electrones en su orbita de valencia.

Argón , Neón, Kriptón

Elementos conductores

Poseen de 1 a 3 electrones en su orbita de valencia

Oro, Plata, Cobre

Elementos semiconductores Poseen 4 electrones en su orbita de

valencia. Germanio, Silicio.

Electrón de valencia Se denominan electrones de valencia, a aquellos que se

posicionan en la ultima orbita. La importancia de estos es que proveen las propiedades

físicas y químicas de cada elemento.

Banda de valencia Es donde se ubican los electrones

de valencia Es el nivel mas alto de los

intervalos de energía electrónica En los semiconductores aparece

una banda prohibida o Gap. Por encima de la banda de valencia, seguida de una banda de conducción

En los conductores, no existe esta banda prohibida, y algunos exponen que la banda de valencia y la banda de conducción se encuentran en traslape.

Bandas de conducción Se encuentra por encima de la banda de valencia Es donde los electrones se encuentran con la suficiente

energía como para moverse libremente, ya que se encuentran desligados de sus átomos.

Esto permite que se generen aceleraciones del electrón y por tanto permite la corriente eléctrica

Banda ProhibidaO Gap

Es una zona que impide el paso libre del electrón entre la banda de valencia y la banda de conducción.

Para que los electrones de la banda de valencia puedan servir como portadores, deben pasar a la banda de conducción.

Esto significa un aporte de energía que puede ser lumínica, calórica o en forma de radiación.

La energía es igual a la banda prohibida, y se mide en eV, donde 1 eV= = 1,6 х 1019 Joules

Fuerzas En el átomo existen fuerzas de repulsión y fuerzas de atracción. Las fuerzas de repulsión existen entre cargas eléctricas iguales. Las fuerzas de atracción existen entre cargas eléctricas distintas. De ahí la Máxima “los polos opuestos siempre se atraen” Estas fuerzas permiten que el electrón gire en la orbita alrededor

del átomo. Estas fuerzas se pueden calcular y evidenciar atreves de la Ley de

Coulomb.

Interacción electrostática

Conductores El cobre es un buen conductor eléctrico, y esto queda en

evidencia cuando se observa su estructura atómica. El núcleo esta constituido por 29 neutrones y 29 protones. En las orbitas, capas o niveles de energía se encuentran 29

electrones

Electrón libre Cuando el electrón de valencia es atraído débilmente por la

parte interna del átomo, es muy fácil que una fuerza externa arranque este electrón.

Una ves que ocurre esto se transforma en un electro libre, listo para conducir.

Es por esto que se infiere al cobre como un buen conductor

Intersticio o Hueco Se refiere a la ausencia de un electrón en la orbita de

valencia del átomo. El intersticio se considera como el electrón con una carga,

pero que al contrario de este su carga es positiva. Cuando un electrón abandona un átomo, este genera un

intersticio, y el átomo queda cargado positivamente, de forma contraria el átomo que recibe el electrón queda cargado negativamente.

Ion Es una partícula cargada eléctricamente Los iones cargados negativamente, se llaman aniones, y

son atraídos por el ánodo que es de carga positiva. Los iones cargados positivamente, se llaman cationes y son

atraídos por el cátodo que es de carga negativa.

Flujo de electrones

Es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Su unidad básica es el ampere

Enlace covalente Los átomos se pueden unir gracias a enlaces químicos. Los enlaces químicos son las fuerzas que mantienen unidos

a los átomos. Uno de los enlaces usados, es el enlace covalente

Enlace Covalente Cuando dos átomos se unen, ceden o reciben electrones de

valencia, que pueden ser compartidos con el átomo subyacente.

Cuando dos átomos se unen, siempre cumplen la regla del octeto.

Regla del octeto

También llamada la Ley de Lewis, dice que todos los átomos de los elementos del sistema periódico, tienden a completar en su orbita de valencia una configuración de 8 electrones.

Para completar a cabalidad esta regla, los electrones de valencia de los átomos adyacentes serán compartidos entre si .

Los gases Nobles son los únicos que no reaccionan. Las configuraciones para lograr la regla del octeto son

varias, la mas común es a través de enlaces covalentes.

Ejemplo del Cl

El cloro tiene 7 electrones en su orbita de valencia, para llegar al equilibrio de 8 e-, sucede lo siguiente:

Otros ejemplos El oxigeno tiene 6 electrones de valencia, por lo que

comparte 2 electrones con enlace covalente para cumplir la regla del octeto.

Y el nitrógeno tiene 5 electrones de valencia, por lo que comparte 3 electrones con enlace covalente para cumplir la regla del octeto.

Enlace Covalente

Semiconductores Un semiconductor , es un elemento con

propiedades eléctricas intermedias entre un conductor y un aislante.

El Germanio y el silicio son semiconductores

El silicio posee 14 electrones, y 14 protones.

En el primer orbital posee 2 electrones y en el segundo 8 electrones, finalmente en el tercero posee 4 electrones de valencia.

La parte interna tiene una carga de +4, ya que contiene 14 protones v/s 10 electrones en las 2 primeras orbitas.

Introducción a los semiconductores

Desarrollo de guía 2

Los semiconductores

Convención de la corriente eléctrica Como ya lo habíamos mencionado anteriormente, el

electrón es el portador de la corriente, y por tanto se había definido el flujo desde negativo a positivo (caso mas realista).

Sin embargo por simplificación de estudios existe una convención que indica que la corriente fluye de positivo a negativo, y por lo tanto es probable que nos encontremos con situaciones en las cuales se plantea este sentido de la corriente

Diodo

Componente electrónico semiconductor, que posee 2 terminales eléctricos y que permite la circulación de la corriente eléctrica en un sentido

Diodo

Son fabricados generalmente de silicio o germanio, debido a sus propiedades semiconductoras y se le agregan impurezas

Diodo

Poseen una región cargada negativamente ( electrones), llamada tipo N, y otra región cargada positivamente ( huecos) llamado tipo P

Simbología del diodo

Componentes del diodoDido

Emisor

tipo P tipo N

Colector

(Barrera Ionica)

P N+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -

+

+

+

---

+-

Los Diodos

Diodo Led Es un diodo emisor de luz, es un componente optoelectrico

de la electrónica, usado en la señalización, iluminación y otras aplicaciones.

Led La pata mas larga siempre va a ser el ánodo. La pata de cátodo tiene un borde plano El yunque es claramente mas grande, y también determina

al cátodo.

Los diodos Led

Fotodiodo Es un diodo sensible a la incandescencia de la luz. Al ser excitado por esta se comporta como una celda

fotoeléctrica, osea genera corriente que puede ser usada como una señal eléctrica

Componentes opto eléctricos

Diodo Zener Es un diodo que permite la regulación de tensión. Si se polariza desde el ánodo trabaja como un

rectificador de onda normal Si se polariza desde el cátodo solo deja pasar

tensión constante, por lo que estabiliza la corriente.

Condensador

Dispositivo electrónico capaz de almacenar energía y descargarla en un momento determinado

Simbología

Condensador cerámico

Fabricado de un material cerámico. Generalmente tiene bajas capacidades

de almacenamiento, en el orden de los nano y pico faradios.

Condensador electrolítico Fabricados de un ion conductor, se utilizan

generalmente como amortiguadores de voltaje, filtros y moderadores de este.

A diferencia del condensador cerámico, el electrolítico posee polaridad.

¿Que son los condensadores?

Transistor Dispositivo electrónico semiconductor, utilizado

para la amplificación e interrupción de señales. Posee por lo menos 3 terminales externos. Hoy en día la gran mayoría son encontrados

internamente en circuitos integrados.

Simbología

Configuraciones NPN PNP

Resistor Componente electrónico, diseñado para introducir

una resistencia eléctrica en un circuito, se emplean ampliamente como generadores de calor, como en el caso de los hervidores, calefactores de ambiente y hornos eléctricos.

Resistencias eléctricas

Potenciómetro

Componente de uso electrónico, cuyo valor de resistencia es variable.

En otras palabras es una resistencia variable

¿Qué son los potenciómetros?