PROPIEDADES CORPUSCULARES DE LA MATERIA

PROPIEDADES CORPUSCULARES DE LA MATERIA Y ESPECTRO DEL INFRAROJOMgter. Valentn Murillo TorresReg 1418A finales del siglo XIX se concluira que:

Teora atmica: Toda materia est compuesta por partculas elementales llamadas tomos.Joseph John Thomson: La electricidad es un flujo de partculas llamas electrones.

Por tanto para la poca, fenmenos ondulatorios y corpusculares estaran, cada uno por su lado, bien definido.HistoriaLlegara entonces el SIGLO XX

Apareceran experimentos como:El efecto fotoelctrico analizado por Albert Einstein:La luz, adems de poseer propiedades ondulatorias, tena propiedades de partcula.La difraccin de electrones:Los electrones se comportaban con propiedades de onda y partcula a la vez.

Entonces

Surgira la pregunta:

PUEDEN LAS PARTCULAS TRATARSE COMO ONDAS Y VICEVERSA?

Uno de los primeros en aportar para dar este concepto sera:Louis-Victor de Broglie (1892-1987):Toda la materia presenta caractersticas tanto ondulatorias como corpusculares comportndose de uno u otro modo dependiendo del experimento especfico. La base de su teora sera el anlisis realizado anteriormente por Albert Einstein del efecto fotoelctrico: La energa transportada por la ondas luminosas est cuantizada y se distribuye en partculas llamadas fotones, y depende de la frecuencia de la luz a travs de la relacin:LOUIS-VICTOR De BROGLIEENERGACONSTANTE DE PLANKFRECUENCIA ONDA LUMINOSAAs, Einstein propona que en ciertos casos las ondas electromagnticas se comportan como corpsculos

La hiptesis de De Broglie se confirmara tres aos despus tras la realizacin de algunos experimentos:

George Paget Thomson: pas un haz de electrones a travs de una delgada placa de metal y observ los diferentes esquemas predichos.

Clinton Joseph Davisson: gui su haz a travs de una celda cristalina.

Luego:

De Broglie recibira el Premio Nobel de Fsica en 1929 por esta hiptesis. Thomson y Davisson compartieron el Nobel de 1937 por su trabajo experimental.

En conclusin:La ecuacin de De Broglie se puede aplicar a toda la materia.

Los cuerpos macroscpicos, tambin tendran asociada una onda, pero, dado que su masa es muy grande, la longitud de onda resulta tan pequea que en ellos se hace imposible apreciar sus caractersticas ondulatorias.

Experimento Davisson-GermerLa propuesta de De Broglie en 1923 de que la materia muestra tanto propiedades de onda como de partcula se considero como pura especulacin.

Si partculas como los electrones tuvieran propiedades ondulatorias, entonces en condiciones adecuadas deberan mostrar efectos de difraccin.

Solo tres aos despus Davisson y Gerner, tuvieron xito en la medicin de la longitud de onda de los electrones. Su trabajo proporciono la primera confirmacin experimental de las ondas de materia propuesto por De Broglie.

Curiosamente, el intento del experimento inicial de Davisson-Germer no fue confirmar la hiptesis de De Broglie. De hecho, su descubrimiento fue hecho por accidente.

Poco despus Davisson y Germer efectuaron mediciones de difraccin mas amplias en electrones dispersados a partir de blancos de un solo cristal.

Sus resultados mostraron de manera definitiva, la naturaleza ondulatoria de los electrones y confirma la relacin de De Broglie.

En el mismo ao el escocs Thompson tambin observo patrones de difraccin de electrones al hacer pasar electrones a travs de hojas de oro muy delgadas.

Desde entonces han observado patrones de difraccin para tomos de helio, tomos de hidrogeno y neutrones. En consecuencia, la naturaleza universal de las ondas de materia se ha establecido diversas maneras.

Experimento Davisson-GermerLos aspectos ondulatorios del movimiento de una partcula solo se manifiestan si la longitud de onda de Broglie es del orden de magnitud de alguna dimensin caracterstica del experimento y dada la pequeez de h, esto no es fcil de conseguir.

Por ejemplo una partcula de polvo cuya masa es de 10-11g y que se desplaza con una velocidad de 1cm/s tiene una longitud de onda de Broglie del orden de 10-15 cm, que es despreciable en comparacin con el tamao de cualquier sistema fsico.

Por consiguiente no se puede verificar el postulado de Broglie estudiando el movimiento de partculas macroscpicas.

Aspectos ondulatorios del movimientoAntes se decia queAtomos particulas diminutas invisibles de todas las cosas materialesNcleo era protones y neutrones

Teoras sobre la materiaLas ondas luminosas muestran una caracterstica corpuscular. Entonces por que la materia no presenta la misma caracterstica

Relacin con la tabla peridicaContribuye a confirmar la teora atmicaEs un resumen fcil de aprenderInformacin ilimitada de los elementos ( naturaleza qumica)Broglie planteoCuando un electrn absorbe un incremento indefinido de energa (quantum), es promovido a una orbita mayorCuando desciende a su orbita original energa emite energa en radiacinLa energa de los diferentes niveles de energa

Medidas con:FotometrosEspectrofotometrosRegiones del espectro IR:Cercano 0.78 a 2.5Medio 2.5 a 50Lejano 50 a 1000Espectometria en el infrarrojo

Existen 2 categoras bsicas de vibraciones Flexin tensin El tensin supone un cambio continuo en la distancia interatmica a lo largo del eje del enlace entre 2 tomosLas vibraciones de flexin un cambio en el Angulo entre 2 enlace y son de 4 tiposAleteoTijereteoBalanceoTorsinEn una molcula que tiene 2 tomos se puede dar todos los movimientosEl dixido de carbono es una molcula lineal por tanto tiene 3 x 3 -5Puede darse 4 movimientos vibracionales que son: SimtricoAsimtrico

La vibracin simtrica cambio alguno en el dipolo por que los 2 tomos de oxigeno se mueven simultneamente alejndose o acercndose del atomo carbono central.De esta forma la vibracin simtrica es infrarrojo inactivaLos otros 2 modos vibraciones del dixido de carbono es Tijereteo

Como las dos vibraciones son idnticas en energia producen un nico pico

Los estados cunticos idnticos como el caso anterior se dice que estn degenerados.Interesante comparar el espectro del dioxido de carbono con otras moleculas no lineal triatomica como el agua dioxido de azufre o Nitrogeno sus modo vibracional es 3 x 3 -6 dandonos 3 modos vibracionales

Debido a que el tomo central no esta en lnea con los otros 2, una vibracin simtrica producir un cambio en el dipolo y por ello ser responsable de la absorcin en el infrarrojo.Para el agua la vibracin de flexin origina una absorcin de

El distinto comportamiento de las molculas triatmicas lineales o no lineales con 2 o 3 picos de absorcin, ilustra como puede utilizarse la espectroscopia de absorcin en el infrarrojo para deducir la forma de una molculaEl acoplamiento de vibraciones es un fenmeno comn, como resultado del mismo no puede establecerse con exactitud la posicin de un pico de absorcin correspondiente a un grupo funcional orgnico determinado.Por ejemplo la frecuencia de tensinEmisor de nerstFuente globarFuente de filamento incandescenteArco de mercurioLamparo de WilframioInvestigarCaractersticas

Para las medidas de absorcin del infrarrojo existen 3 tipos de instrumentos disponibles comercialmente1- espectrofotmetro dispersivo de red principalmente para ensayos cualitativos2- Inst. multiplex para medidas del infrarrojo cualitativo y cuantitativo3- fotometro no dispersivosSon de tres tiposDetectores piroelectricos (d. termicos muy electricos)Detectores fotoconductoresLos dos primeros se encuentran en los fotomertros y espectrofotometros dispersivos

Hasta los aos 80 los instrumentos infrarrojos mas utilizados era los espectofotometros reflexivos, ahora han sido desplazados por los epectofotometros de Fourier. (investigar)Debido a su :RapidezFiabilidadcomodidadLos espectofotometros de Fourier se caracterizan por utilizar un solo haz de luz.Los espectofotometros dispersivos que se encuentran en el comercio son por lo general de doble haz co registradorLa curva inferior pone de manifiesto la absorcin del agua y del dioxido de carbono