Dr. Gabriel Planes Dra.Cecilia Pagliero Dr. Carlos Sucheti Dr. Daniel Heredia
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- Pablo Soler Ayala
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1 Dr. Gabriel Planes Dra.Cecilia Pagliero Dr. Carlos Sucheti Dr. Daniel Heredia 1 er cuatrimestre 2017
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3 Química. El estudio de la materia y sus transformaciones
4 Algo muy común: el agua 2 H 2 + O 2 2 H 2 O
5 Algo de todos los días La materia está compuesta por? ATOMOS
6 Fotografiando átomos! Imagen HR-TEM de un nanocatalizador de Pt depositado sobre carbón de alta superficie. El material fue obtenido en la UNRC, y la imagen tomada en el Reino Unido. La barra blanca es la escala de tamaño, 2 nm (nanometros) son metros (2x10-9 ), o 20 Å (amstrongs)
7 !Bonito dibujo pero falso! El átomo
8 El átomo Primera imagen de estados electronicos H A. S. Stodolna, A. Rouzée, F. Lépine, S. Cohen, F. Robicheaux, A. Gijsbertsen, J. H. Jungmann, C. Bordas, and M. J. J. Vrakking. Phys. Rev. Lett. 110, Published 20 May 2013!Bonito pero falso!
9 EL ATOMO Partículas Elementales Partícula Masa (gramos) Carga (Coulomb) Carga Unitaria e - Electrón 9, , Protón 1, , Neutrón 1, e - Núcleo m p + /m e - = 1835!!
10 metros núcleo EL ATOMO ES UNA ESTRUCTURA VACIA m m m = 40000!!
11 Que pasaría si.. El núcleo estuviera en el aula y midiera un metro diámetro? El electrón estaría en V. Reducción (40 km) UNRC Río Cuarto V. Reducción
12 Símbolos químicos: A X Z X = un elemento cualquiera Z = número atómico = N ro de protones en el núcleo Dos átomos pertenecen al mismo elemento, sólo si poseen el mismo Z Ej: Oxígeno (O) Z = 8 Sodio (Na) Z = 11 A = número de masa = N ro de (protones + neutrones) en el núcleo
13 Dos átomos con Z idénticos (del mismo elemento), pero con distintos A, se denominan ISOTOPOS Ej: existen tres isótopos del Hidrógeno: protio (Z=1, A=1), deuterio (Z=1, A=2) y tritio (Z=1, A=3) 1 H 1 99,985 % 2 H 1 0,015 % 3 H 1 > 0,0001 %
14
15 ATOMOS NEUTROS A X Z N ro de protones = N ro de electrones = Z N ro de neutrones = A - Z Ej: Cloro N ro de protones = 17 N ro de electrones = Cl N ro de neutrones = 18 17
16 IONES: átomos con carga eléctrica N ro de protones > N ro de electrones Ej: catión Sodio N ro de protones = 11 N ro de electrones = 10 N ro de neutrones = 12 Na CATIÓN N ro de protones < N ro de electrones Ej: anión Cloruro N ro de protones = 17 N ro de electrones = 18 N ro de neutrones = Cl 17 ANIÓN
17 Tabla Periódica de los Elementos La Tabla está construida en orden creciente de Z
18 DESCRIPCIÓN DEL ÁTOMO CONSIDERACIONES PREVIAS ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL TEORÍA CLÁSICA DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA PROPIEDADES DE LAS ONDAS TIPOS DE ESPECTROS DE EMISIÓN
19 v masa = m velocidad = v Energía Cinética = E c 1 2 mv 2 h Energía Potencial = Ep mgh
20 CONSERVACION DE LA ENERGIA v 1 v 2 1 h 2 v 3 1) 2) 3) E c 1 2 mv 1 2 E p mgh v 2 > v 1 h > altura en 2 > 0 E c (2) > E c (1) E p (2) < E p (1) v 3 > v 2 > v 1 h = 0, luego E p (3) = 0 E c (1) + E p (1) = E c (3) + 0 3
21 ATOMOS: la Energía Potencial es de origen Electrostático ó Coulómbico r +1-1 La Fuerza de atracción Coulómbica es inversamente proporcional al radio al cuadrado F = (-) k (q 1. q 2 / r 2 ) k = constante de Coulomb La Energía potencial de atracción Coulómbica o Trabajo es inversamente proporcional al radio Ep = W eléctrico = F. r = (-) k (q 1. q 2 / r 2 ). r Ep = (-) k (q 1. q 2 / r)
22 -Ep 0 r Electrón de alta E p : lejos del núcleo; Ep 0 Ep baja :Átomo estable infinito núcleo Electrón de baja E p : cerca del núcleo Atomos Ep: eléctrica Ec: 1/2mv 2 kt
23 Caracterizada por: a) Amplitud b) Frecuencia (ν) o longitud de onda (λ), relacionadas por
24 TEORIA CLASICA DE LA RADIACION La energía transportada por una onda electromagnética es proporcional a la suma de los cuadrados de las amplitudes eléctrica y magnética: Energía (A 2 + H 2 ) Intensidad A frecuencia [ciclo/s] H = [distancia/ciclo] = velocidad =. [distancia/s]
25 E aumenta aumenta ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Tipo de Onda (metros) Rayos Gamma Rayos X Ultravioleta 10-7 Visible E rojo < E violeta Infrarrojo 10-5 Ondas de Radio 1000 E = h c / La radiación posee propiedades de ondas y de partículas
26 Propiedades de las Ondas Interferencia (constructiva) X + X X Dos ondas en fase pueden sumarse en ciertos casos
27 Interferencia (destructiva) + Dos ondas desfasadas totalmente se anulan
28
29 ESPECTRO CONTINUO El espectro de emisión del sol o el de un sólido calentado son continuos, pero los espectros de átomos gaseosos son discontinuos ESPECTRO DE LINEAS Los espectros de emisión de los gases atómicos están compuestos por líneas (ejemplo emisión de Na)
30 Cuando los átomos son excitados eléctrica o térmicamente y cesa esta excitación, emiten una radiación. Si esta es dispersada por un prisma y detectada por una placa fotográfica, se revelan líneas o bandas. A los conjuntos de estas líneas se los denomina espectros de emisión atómica. Cada línea espectral corresponde a una cantidad de energía definida que se emite en cuantos o saltos Aumenta E Aumenta ESPECTRO DE EMISION DEL HIDROGENO
31
32 TEORIA DE BOHR DEL ATOMO DE H H 2 en un tubo de descarga, emite radiación discontinua o cuantizada (líneas). El átomo tiene su electrón en órbitas definidas o estacionarias. En ellas, no absorbe ni emite E. Las órbitas permitidas son tales, que el momento angular del electrón en órbitas circulares es un múltiplo entero de h/2 : mvr = n h/2 La Energía está cuantizada. Sólo emite radiación E = h si salta entre ellas.
33 Ze 2 r 2 2 Ze r mvr n mv r mv 2 h 2 2 F coulómbica = F centrífuga Eliminando v entre éstas dos ecuaciones r 2 2 n h ( 2 mze 2 n = 1, 2, 3, Ze 1 Ze Ze 1 Ze E total mv 2 r 2 r r 2 r E n 2 mz 2 n h 2 2 e 4 R H 1 n 2 Reemplazamos el radio r R H Constante de Rydberg
34 Espectroscopía del Hidrógeno: la energía de un fotón irradiado o emitido es E = E f - E i = h = R H (1/n f 2-1/n i2 ) n i n f R H = 2, Joule c = m/s h = 6, Joule/s h
35 E = E f - E i = h = R H (1/n f 2-1/n i2 ) n i n f, n i = 5, n f = 2 E = 2, J(1/4-1/25) = 4, J = ch/ E = ( m/s)(6, Js)/4, J = 4, m = 434 nm Es posible que la longitud de onda del fotón emitido desde n i = 5 hasta n f = 2 sea de 434 nanometro? Qué zona del espectro es?
36 I.R. Estado ionizado n = H + + e - Visible U.V. U.V. U.V. 1 1 H Estado fundamental n = 1
37 La Teoría de Bohr del átomo de H permitió explicar los espectros de líneas experimentales. Sin embargo, la pregunta era porqué el electrón está restringido a moverse en órbitas a ciertas distancias fijas. Además, la Teoría de Bohr no podía explicar los espectros de líneas de los átomos multielectrónicos
38 PLANCK-EINSTEIN: los átomos y moléculas emiten o absorben energía radiante en cantidades discretas o cuantos, y nó de manera continua. La energía de un Cuanto de Radiación Electromagnética es E = h h c / Siempre se emite o absorbe 1h, 2 h, 3h, etc h = constante de Planck c = velocidad de la luz = km / s = longitud de onda
39 Fenómeno observado a finales del siglo XIX (Hertz) La energía que posee un fotón está determinada por la longitud de onda
40 EFECTO FOTOELECTRICO: A. EINSTEIN Ec = h - h 0 La Ec sólo es función de la ó E de la luz, inexplicable para la Teoría Clásica: E (A 2 +H 2 ) I El número de e - es función de la Intensidad de la luz
41 Louis de Broglie Si las ondas luminosas tienen propiedades de partículas (efecto fotoeléctrico), entonces es posible que el electrón tenga propiedades de ondas
42 Ondas Estacionarias Esta onda puede existir confinada en una región del espacio. Tales ondas son llamadas ondas estacionarias. La Energía transmitida por la onda no cambia en el tiempo: la circunferencia es la órbita permitida de Bohr. r
43 Las características del espacio donde existe una onda estacionaria (en este caso el radio, r) RESTRINGE los valores de Perímetro = 2 r = 2 r n n = 1, 2, 3, 4,... En éste ejemplo, n = 4 Si no cabe un número entero de, desaparece por interferencia destructiva
44 = 2 r n n = 1, 2, 3, 4,... Como n es un entero, r sólo puede tener ciertos valores discontinuos o cuantizados. Como la Energía del electrón depende del tamaño de la órbita (radio r), su valor también debe estar cuantizado. A favor de la Hipótesis de de Broglie, se halló experimentalmente que los electrones difractan como si fuesen ondas.
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