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Material complementarioMaterial complementario

Tema 1

Estructura de la materia

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Tema 1: Estructura de la materiaEstructura de la materia1. Introducción

2. Estructura atómica1. La corteza electrónica

2. El núcleo

3. Nomenclatura nuclear

4. Excitación e ionización.

3. Unidades de masa y energía en Física atómica

4. Radiación electromagnética.1. Naturaleza de la radiación electromagnética

2. El fotón.

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1. Introducción

El átomo es la cantidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades químicas.

EL ÁTOMO XA

Z •Toda la materia está constituida por átomos

Los átomos de cada elemento son iguales entre sí, pero distintos de los de otros elementos

Los compuestos químicos se forman por la combinación de los átomos de los distintos elementos

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2. Estructura atómica

ÁtomoCorteza electrónica

NúcleoTamaño núcleo-átomo

¡¡Guisante en un campo de fútbol!!

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2.1 Corteza electrónica.

K

LM

La energía de ligadura de los electrones varía con el radio de la órbita en que se encuentren.

Representación del átomo en su estado fundamental (Mínima energía)

Si los electrones tienen energía suficiente pasan a órbitas más alejadas

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2.2 El núcleo.

ProtónProtón

Neutrón.Neutrón.

El núcleo está formado por Z protones y A-Z neutrones (N). A estas partículas se las conoce como nucleones.

XA

Z

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2.3 Nomenclatura nuclear.

XA

Z

A= número másico = número de neutrones + número de protones.

Z= número atómico = número de protones = número de electrones.

X= Elemento químico

• Las propiedades del elemento químico están fijadas por Z

• Átomos con el mismo Z y distinto A siguen siendo el mismo elemento. Se les conoce como isótopos.

• Átomos con el mismo N (=A-Z) y distinto Z son átomos diferentes. Se les conoce como isótonos.

• Átomos con el mismo A pero distinto N y distinto Z son distintos elementos. Se les conoce como isóbaros.

Isótopos del Hidrógeno.

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2.3 Nomenclatura nuclear.

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Z

N

Para tener en cuenta el número de neutrones se emplea la tabla de nucleidos.

2.3 Nomenclatura nuclear.

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2.4 Excitación e Ionización

Estado fundamental Excitación Átomo excitado Desexcitación

Estado fundamental Átomo ionizadoIonización

++

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3. Unidades de masa y energía

Energía

Electronvoltio eV

Kiloelectronvoltio KeV 1000 eV = 103 eV

Megaelectronvoltio MeV 1000000 eV = 106 eV

Gigaelectrovoltio GeV 1000000000 eV = 109 eV

DIMENSIONES

Átomos 10-10 m

Núcleo 10-15 m

1 eV1 eV = energía cinética que adquiere un e, inicialmente en reposo, cuando se le somete a una diferencia de potencial de 1 voltio.

MASA

Neutrón ~ 1,008 u.m.a. =1,675 · 10 -27 kg

Protón ~ 1,007 u.m.a. =1,673 · 10 -27 kg

Electrón 1/1836 u.m.a. = 9,11 · 10 -31 kg

1 u.m.a.1 u.m.a. = Unidad atómica de masa= 1/12 átomo 12C (Carbono con 6 p + 6 n) 1 uma = 1,6606 x 10-27 Kg 1 kg = 1/1,606 x 10-27 uma = 6,22 x 1026 uma

Kilo = 103

Mega = 106

Giga = 109 Fermi = 10-15

Nano = 10-9

Mili = 10-3

Pico = 10-12

Micro = 10-6

El átomo es muy pequeño, por eso necesitamos definir unidades convenientes

Múltiplos

Podemos expresar la masa con unidades de energía empleando las ecuación de Einstein: E = m cE = m c22 donde c = 3 x 108 m/s.

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4. Radiación electromagnéticaRadiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material.

y

Z

X

O

Está formada por dos campos, eléctrico (E) y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares.

= frecuencia= número de oscilaciones por segundo

= longitud de onda= distancia entre dos puntos de la misma fase.

Todas las ondas se caracterizan

por: λλ y νν

La velocidad de propagación en el vacío

de las ondas EM es constante: cc = 3 x 10 = 3 x 1088 m/sm/s

Para todas las ondas EM se cumple la relación:

c = c = λ λ

Espectro EMEspectro EM

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FotónFotón: corpúsculo de energía sin soporte material, equivalente a una energía cinética:

donde h = 6,62 · 10-34 J·s. (Cte de Plank)

4.2 El Fotón

E = h · E = h · vv = h · c/ = h · c/λλ

Los fenómenos físicos asociados a la Radiación EM sólo se pueden explicar si se le asocia una dualidad en el comportamiento:

OndaOnda Partícula o corpúsculo = FOTÓNPartícula o corpúsculo = FOTÓN

♦ El carácter ondulatorio explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción.

♦ El carácter corpuscular explica los fenómenos de interacción con la materia.

Transicionesátomo H

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Serie de Paschen(infrarrojo)

Serie de Pfund

Serie deBrackett

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

0 2 4 6 8

Serie de Lyman

(ultrav ioleta)

Serie de Balmer

n = 1

x 10 cm- 8

Transiciones posibles del e- del hidrógeno.