Electrones y estructura interna del átomo

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El electrón y la

estructura interna

atómica

1. Rayos catódicos

2. El efecto fotoeléctrico

3. Radiactividad

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Pasando corriente eléctricas a

través de materiales

Potencial eléctrico: mediante acumulación de carga negativa/positiva

entre dos puntos, se crea una diferencia energética entre dos

situaciones distintas para las cargas eléctricas, que tenderán a fluir

de un punto a otro.

Si se conectan los puntos con un material conductor, el potencial

hará fluir corriente eléctrica.

Si entre los puntos hay un aislante, hará falta

una gran diferencia energética para lograr pasar corriente. Al potencial que eso ocurre llamamos “Breakdown point”.

Pero se logra pasar corriente a través de

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Tubos de vidrio con gases a

bajas presiones

 Heinrich Geissler (alemán,1814-79), en

1855 logra producir mejores vacíos dentro de recipientes de vidrio.

 Julius Plücker (alemán, 1801-68) utilizó los

tubos de Geissler en experimentos eléctricos: introdujo dos electrodos,

estableció un potencial eléctrico entre ellos, y pasó corriente eléctrica a través del gas.

 La corriente producía una luz dentro del

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Rayos catódicos

William Crookes (inglés,1832-1919) en 1875 mejora el vacío en

el tubo, y descubre que la corriente salía del cátodo (polo

negativo) hacia el ánodo (polo positivo), dónde chocaba con el

vidrio y producía luminiscencia.

Crookes puso un trozo de metal en el tubo, y éste proyectó una

sombra sobre el vidrio en el lado opuesto al cátodo.

Luego se tenía una «radiación» que viajaba en línea recta.

Eugen Goldstein (alemán, 1850-1930) en 1876 llamó al flujo

“rayos catódicos”.

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La naturaleza de los rayos

catódicos

los rayos catódicos podían ser:

una forma de luz – ser onda que viaja en línea recta sin ser

afectada por la gravedad – posición defendida principalmente

por los alemanes, o,

partículas veloces y ligeras, sin ser afectadas sustancialmente

por la gravedad, posición defendida por los ingleses.

Bajo acción de imán, los rayos catódicos eran desviados, lo que

se interpreta como:

Partículas magnéticas

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Espectros de los elementos –

Serie de Balmer

 James Clerk Maxwell (escoces, 1831 –1879),

propone que las bandas de los espectros son vibraciones harmónicas de los átomos, cada elemento con sus frecuencias propias;

 1885: Johann Jacob Balmer (suizo, 1825 –1898)

encuentra fórmula para las rayas del hidrógeno, que tiene espectro sencillo:

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Johannes Robert Rydberg

(sueco, 1854 –1919)

Generaliza la fórmula de Balmer;

donde RH es la constante de Rydberg= 10 973 758,306 m-1 y

n1 y n2 son enteros (número cuántico principal).

¿Qué estructura atómica explica la existencia

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http://www.youtube.com/

watch?v=Yr9UQ195lv4&list=PL9ILNDyoVm-nFpwTyAlC7od9mm7bLyeww

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Joseph John Thomson (ingles,

1856-1940)

En 1897 demostró la

deflexión de los rayos

catódicos en un campo

eléctrico: eran por lo tanto

partículas con carga

eléctrica (negativa)

Determinó también el

cociente entre la masa y

la carga de las partículas.

El tubo de rayos catódicos: el haz pasa

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Demostración de e/m

 un haz de rayos catódicos que atraviesa

un campo eléctrico.

 el rayo es desviado: incide en un punto

B, debajo del punto A donde incidiría en ausencia del campo eléctrico.

 Si establecemos una analogía con los

corpúsculos, podemos considerar la desviación vertical, d, del como la

distancia vertical que recorre un proyectil en su caída.

La aceleración que sufre el corpúsculo

es resultado de la fuerza eléctrica que actúa sobre el mismo.

la fuerza eléctrica en términos de la

intensidad del campo eléctrico, E, y de la magnitud de la carga eléctrica del

corpúsculo, es:

L

d

L

d

2 2 1 at d

a

m

F

eléc

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Demostración de e/m

la aceleración se expresa como:

y

En la ecuación arriba, t = tiempo que tarda el corpúsculo para

recorrer la zona de las placas antes de alcanzar el punto B. Durante

ese tiempo, el corpúsculo ha recorrido una distancia L, con una

velocidad v.

Entonces:

Thomson determina el valor de la razón de la carga a la masa (e/m)

para el corpúsculo y la compara con el valor determinado para el

átomo de hidrógeno con carga eléctrica:

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Efecto fotoeléctrico

 El electrón podía ser la partícula de electricidad como el átomo era la

partícula de materia;

 ¿Son ambas partículas esenciales, o están relacionadas una con la

otra? El anion era un átomo cargado con un electrón, pero no se encontraba una partícula positiva como el electrón para formar el cation.

 En 1888 Heinrich Rudolf Hertz (alemán,1857-1894) percibe que era

más fácil sacar una chispa desde un cátodo cuando se incidía en él una luz ultravioleta.

 En 1902, Philipp Eduard Antón Lenard (alemán,1862-1947) demostró

que se producía emisión de electrones desde un metal irradiado por luz. Era el efecto fotoeléctrico.

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Modelo atómico de Thomson

modelo del pudín,

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El protón

En 1886, Goldstein percibió que había unos rayos positivos que

se aceleraban hacia el cátodo y escapaban cuando este estaba

perforado;

Eran partículas de masas muy diferentes según el gas en el

tubo, mucho más pesadas que el electrón.

En 1914 Thomson “sugirió que la partícula más pequeña de los

rayos positivos, la que tenía la masa del átomo de hidrógeno,

fuese aceptada como la unidad fundamental de carga positiva”;

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Robert Andrews Millikan

(americano, 1868-1953)

 En 1911 midió la mínima carga

eléctrica que podía transportar una partícula.

 Si esta carga era de una partícula de

rayos catódicos, su masa sería 1/1837 de la del H.

 Se descubría la primera partícula

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Ernest Rutherford, Lord

Rutherford (neozelandés, 1871 –

1937)

Nobel de Química 1908; 9

de sus estudiantes también

lo fueron;

WWI: estudia los métodos

acústicos de detección de

submarinos

Primero en lograr

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Experimentos de irradiar

partículas α a través de una

lámina de oro

Geiger y Marsden hacen el experimento, primero

con mica y después con lámina de oro;

Rutherford pone a prueba sus hipótesis: el centro

del átomo tiene un "núcleo" con casi toda la masa y

la carga positiva del átomo.

Los electrones alrededor del nucleo determinan el

tamaño del átomo: modelo atómico planetario

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El modelo atómico planetario

 Había sido propuesto anteriormente (1904) por

Hantarō Nagaoka (japonés);

 Objeción al modelo: los electrones tendrían que

irradiar girando alrededor del núcleo central y cairían;

 Rutherford demostró que era un modelo bueno,

porque preveía “con exactitud la tasa de difusión de las partículas alfa en función del ángulo de difusión y de un orden de magnitud para las dimensiones del núcleo atómico. Las últimas objeciones teóricas (sobre la irradiación del

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Los rayos X

 http://www.youtube.com/watch?v=Yr9UQ195lv4&list=PL9ILNDyoV m-nFpwTyAlC7od9mm7bLyeww

(22 min en total, aquí ver hasta el min 15).

Técnicas permiten descubrir, a lo largo del s. XIX, varios nuevos

elementos. Gases nobles: aislando N2 , se observa que es más pesado si proviene del aire que del suelo. Purificando se descubre el Argón;

Desde finales del XVIII se descubren las tierras raras; y lantánidos

 Wilhelm Conrad Röntgen descubrió los rayos X en 1895.al

investigar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos.

La radiación era muy penetrante e invisible. Usó placas

fotográficas y logró la primera radiografía humana;

Nobel de Física en 1901. Rechaza registrar patente a su nombre: dona

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Radiación atómica

 1912 - Moseley bombardea con rayos X los

elementos y obtiene un espectro de rayos X: establece un nuevo orden atómico en la tabla, ahora según número atómico.

 Antoine Henri Becquerel (1852 - 1908) en 1896

descubre que minerales de uranio dejan marca en placas fotográficas. Mme. Curie y su esposo Pierre van a estudiar el torio, aisla el radio,

polonio…

 Átomo está formado de partículas y se puede

dividir y transformar mediantes reacciones nucleares. Más tarde, Einstein va a demostrar que hay pérdida de masa en las reacciones

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Tipos de radiación

Alfa (α):

 son núcleos ionizados de He: 2 protones

+ 2 neutrones; carga +2 y masa 4 uma;

 no llegan a atravesar unas cuantas hojas

de papel.

Beta (β):

 electrón acelerado proveniente del

nucleo.

Rayos Gama (γ):

 tipo de radiación electromagnética

(fotones),

 Tiene altas energías y son un tipo de

radiación ionizante;

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Modelo atómico de Niels Bohr

y modelo mecano-cuántico:

http://www.youtube.com/watch?

v=Yr9UQ195lv4&list=PL9ILNDyoVm-nFpwTyAlC7od9mm7bLyeww

(15:00 – fin);

Se logra explicar las rayas del espectro del hidrógeno;

Louis de Broglie (1892-1987), partiendo del átomo cuantizado de

Bohr, considera que os elétrons tendrían características de onda;

Erwin Schrõdinger (1887-1961) y Heisenberg (1901-1976)

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Los neutrones

Las partículas alfa tenían cuatro veces la masa de los protones;

Sin embargo, cada partícula alfa tenía la carga solamente de

dos protones;

O era compuesta de 4 protones y 2 electrones, o tenía distinta

naturaleza;

En 1932, James Chadwick (inglés,1891-1974) descubrió una

partícula que tenía la masa del protón sin tener carga eléctrica:

el neutrón.

Werner Karl Heisenberg (alemán, 1901-76), sugirió que las

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