El electrón y la
estructura interna
atómica
1. Rayos catódicos
2. El efecto fotoeléctrico
3. Radiactividad
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
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
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”.
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
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:
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
http://www.youtube.com/
watch?v=Yr9UQ195lv4&list=PL9ILNDyoVm-nFpwTyAlC7od9mm7bLyeww
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 pasaDemostración 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
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:
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.
Modelo atómico de Thomson
modelo del pudín,
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”;
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
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
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
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
Los rayos X
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(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
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
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;
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)
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.
