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)

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.

1808

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

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

Descubrimiento electrón

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

1911

JAMES Chadwick

Premio Nobel de Fìsica 1935, por el descubrimiento del neutròn.

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.

Un neutrón tiene carga eléctrica neta cero, y fuera del núcleo atómico (es inestable), tiene un tiempo de vida media de aprox. 15 horas.

 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 POTASIOCALCIOESTRONCIOBARIO COBRE

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

Efecto fotoeléctrico

E = h E=hc/λ h= constante de Plank= 6,63 · 10 –34 Js

ecuación de Einstein

Max Planck

1913 Niels Bohr (1885-1962).

Este modelo atómico le valió el Premio Nobel de Física en 1922.

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" .

Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos.

Modelo modelo bhor

Colaboró en el proceso de creación de la primera bomba atómica (Proyecto Manhattan). Explicación de fisión nuclear

La limitación del modelo de Böhr surge en el átomo de Hidrógeno

Línea espectral

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

Ondas de MateriaLuis de Broglie (1924)

Experimento doble rendija

2 π r = n λ

λ = h / p

¿Porqué la energía de los electrones está cuantizada?

n = 1, 2, 3,…

La Mecánica Cuántica Ondulatoria Erwin Schrödinger

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:

t

itxtxVm

,,

22

2

Su modelo introduce los subniveles de energía y el concepto de Orbital

Heisenberg llegó a concluir su principio de incertidumbre:

“No se puede conocer simultáneamente el momento p y la posición de una partícula con certidumbre”

1925

1927

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

Incluye: 6 quarks

6 leptones.

4 bosones

La materia está formada por quarks y leptones que interaccionan intercambiando bosones

El Modelo Estándar

● Es uno de los mayores logros de la física departículas.● 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.

Toda la materia conocida está formada por quarks y leptones que interaccionan intercambiando

bosones.

“Materia”

“Fuerzas”

Materia: Leptones y Quarks

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

Quarks Leptones

Up y Down: materia normal.protones

(uud) y neutrones (udd)

Charm, Strange, Top y Bottom:

rayos cósmicos o aceleradores.

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.

Quarks Leptones

VISIÓN ACTUAL DEL ÁTOMO

Modelo Estándar● Hablamos de:

probabilidad

→ Funciones de onda

● Partículas elementales

Modelo de Dalton Modelo de Rutherford Modelo de Thomson Modelo de Bohr

Fuerza: BosonesProtones 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 enun 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 yQuarks:Materia

Bosones:Fuerzas

Las PartículasLas Partículas se dividen se dividen en :en :

FermionesFermiones BosonesBosones

cumplen el Principio de Pauli no cumplen este principio

el spin es fraccionario el spin es entero 1/2 3/2 …… 0, 1, 2, …… Quark, Leptons, Protons, Mediadores de fuerza: Neutrons, etc 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 antimateriaIguales y opuestas

Partículas demateria

Partículas deantimateria

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 quark-antiquark (mesones).

Los protones y los neutrones son los bariones más conocidos, mientras que piones y kaones son mesones.

Tabla Actual

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 PERIODICA

RADIO ATÓMICO

au

men

ta

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