QUIMICA BASICA Profesora: Ing. Bilma Osorio Marujo
I. INTRODUCCIÓN
El desarrollo tecnológico actual exige que las universidades formen ingenieros competitivos en el ámbito nacional e internacional para enfrentar los retos de la globalización, lo que es necesario replantear las por ciencias básicas, en sus contenidos y la metodología de la enseñanza, para que los estudiantes tengan la capacidad para razonar y ser creativos e innovadores en la solución de problemas del área que le compete.
CIENCIAS BÁSICAS. BÁSICAS.
Es la ciencia o investigación científica que se lleva a cabo sin fines prácticos inmediatos, sino con el fin de incrementar el conocimiento de los principios fundamentales de la naturaleza .
obstante,de en un mayor o básica menor los No resultados la plazo investigación encuentran aplicaciones prácticas, en forma de desarrollos comerciales, nuevas técnicas en la producción o las comunicaciones, u otras formas de beneficio social.
La relación entre la ciencia básica y la ciencia aplicada es crucial para la interrelación entre la investigación y desarrollo o investigación, desarrollo e innovación (I+D o I+D+I), objeto de los estudios de ciencia, tecnología y sociedad (CTS). Hoy, la tecnología es parte del sistema de vida de todas las sociedades. La ciencia y la tecnología proporcionan acuanto la sociedad una amplia dede opciones en a lo que podría servariedad el destino la humanidad.
CIENCIAS BÁSICAS.
Matemática.
Es una ciencia que estudia las propiedades y relaciones cuantitativas entre los entes abstractos(números, figuras geométricas, símbolos). Mediante las matemáticas conocemos las cantidades, las estructuras, el espacio y los cambios.
Matemática nos permite optimizar procesos e implementar medidas de administración de calidad, crear rápidamente prototipos ee implementar aplicaciones interactivas, y generar
informes dinámicos -todo en un sistema,automáticamente con una corriente de trabajo integrada. Todos los ingenieros, incluyendo Ingenieros Industriales, toman matemáticas con cálculo y ecuaciones diferenciales.
La ingeniería industrial es diferente ya que está basada en matemáticas de" variable discreta", mientras que el resto de la ingeniería se basa en matemáticas de " variable continua". Así los Ingenieros Industriales acentúan el uso del álgebra lineal y de las ecuaciones diferenciales, en comparación con el uso de las ecuaciones diferenciales que son de uso frecuente en otras ingeniería
Física. Estudia la energía y sus transformaciones. La energía se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Tenemos algunas formas de energía :
• • • • • •
Mecánica Eléctrica Radiante Térmica Química Nuclear, etc.
• – – – •
Para estudiar la química se debe tomar en cuenta lo siguiente: La observación La representación La interpretación. la materia. Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La masa es la medida de la cantidad de materia contenida en una muestra de cualquier material.
•
•
Química. Es la ciencia central ; que se apoya en los fundamentos matemáticos y físicos y a su vez es el fundamento de las ciencias de la vida. Es la ciencia que describe la materia , sus propiedades físicas y químicas, los cambios que experimenta y las variaciones de energía que acompañan a dichos procesos.
II.-Estados fundamentales de la materia
Los estados físicos en que puede encontrarse la materia son básicamente tres. Sólido ,líquido y gaseoso ,el agua es una de las pocas sustancias que puede encontrase en los 3 estados.
ESTADOS DE LA MATERIA
SÓLIDO
LÍQUIDO
GASEOSO
NOTA:
Los diferentes estados en que podemos encontrar la materia de este universo en el que vivimos se denominan estados de agregación de la materia, porque son las distintas maneras en que la materia se "agrega", distintas presentaciones de un conjunto de átomos. Los estados de la materia son cinco:
1. Sólido 2. Líquido 3. Gaseoso 4. Plasma 5. Condensado de Bose-Einstein Los tres primeros son conocidos por todos nosotros y los encontramos en numerosas experiencias de nuestro día a día. El sólido lo experimentamos en los objetos que utilizamos, el líquido en el agua que bebemos y el gas en el aire que respiramos.
El plasma. Es un estado que nos rodea, aunque lo experimentamos de forma forma
indirecta. El plasma es un gas ionizado, esto quiere decir que es una especie de gas donde los átomos o moléculas que lo componen han perdido parte de sus electrones o todos ellos. Así, el plasma plasma es es un estado parecido al gas, pero compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y neutrones. En muchos casos, el estado de plasma se genera por combustión.
Condensado de Bose - Einstein
En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían ser considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert Einstein, el fin de que le apoyara a publicar su con novedoso estudio en la comunidad científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los los átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924.
A las temperaturas increíblemente bajas que se necesitan para alcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa que los átomos pierden su identidad individual y se juntan en una masa común que algunos denominan superátomo.
ESTADO SÓLIDO En este estado predomina la fuerza de cohesión o atracción .Las moléculas que forman los sólidos están unidas por fuerzas de atracción unidas muy fuertemente. Características : Tienen forma y volumen definidos. Son casi incompresibles. Suelen tener mayor densidad que los líquidos.
No son fluidos. Se difunden muy lentamente a través de otros sólidos. El movimiento de las moléculas es muy poco o nulo con por estar muy juntas, únicamente movimiento vibratorio. Ej.. La piedra, cerros, hielo, etc.
ESTADO LÍQUIDO En este estado la fuerza de cohesión y repulsión actúan con igual intensidad en sus moléculas Características: Carecen de forma definida. Adoptan la forma del recipiente que las contienen. Volumen definido. Son ligeramente compresibles. Tienen alta densidad. Son fluidos. Se difunden a través de otros líquidos. El movimiento de las moléculas es constante y desordenado. Ej.: ríos, lagos, lagunas, mares océanos, etc
ESTADO GEASEOSO Predomina la fuerza de repulsión en las moléculas. Tenemos algunas características: No tienen forma definida, llenan el recipiente que lo contienen.
compresibles. Son Tienen baja densidad. Son fluidos. Se difunden con rapidez. Partículas
extremadamente desordenadas; movimiento aleatorio rápido. rápido. Ej. : nubes, humo, aire, etc.
Sistema
Es la parte del universo en la cual tenemos un interés especial o es la parte del universo físico cuyas propiedades se están investigando. En torno al sistema están sus alrededores, en los que efectuamos nuestras observaciones. Ambas partes están separadas por la frontera y se mantienen en contacto.
TIPOS DE SISTEMAS (a). Sistema abierto. Es cuando hay transferencia de energía y materia entre el sistema y sus alrededores. (b).sistema cerrado. Es cuando hay transferencia de energía y no de materia entre el sistema y sus alrededores.
(c). Sistema aislado. Es cuando no hay transferencia de materia ni de energía entre el sistema y los alrededores. No hay interacciones a través de las paredes del sistema. El café caliente del aislado. termo es una aproximación de un sistema
Fase Es una región uniforme en un sistema. Esto significa composición química uniforme y propiedades físicas uniformes. PROPIEDADES QUIMICAS Y FISICAS Para diferenciar muestras de diferentes tipos de materia se determinan y comparan sus propiedades. Propiedades químicas. Son las que exhibe la materia cuando experimenta cambios en su composición.
Estas propiedades de las sustancias se relacionan con los tipos de cambios químicos que experimentan. Ejemplo .Mg(s)+ ½ O (g) MgO(s) Esta reacción es un cambio químico. Propiedades físicas. Se observan cuando no hay cambio en la composición. El color, la densidad el punto de ebullición , etc. ,son propiedades físicas. 2
Propiedades extensivas e intensivas. Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de material que se examine. Ejemplo: volumen, masa, etc. Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de material que se examine. Ejemplo : temperatura, presión, etc.
CLASIFICACION DE LA MATERIA La materia puede clasificarse en dos categorías principales: Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de, compuestas propiedades.de Mezclas
dos o más
sustancias puras. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:
P. Físicos
SEPARACIÓN DE MEZCLAS cuando se prepara un compuesto en el laboratorio, se requieren varias operaciones de laboratorio para separarlo en forma pura de la mezcla de reacción donde se formó. Ejemplo: filtración, destilación, cromatografía, secado, decantación, evaporación, sedimentación, etc.
EL ÁTOMO Y SUS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES El ordenamiento de las partículas fundamentales determina las propiedades físicas y químicas de cada elemento. Las partículas fundamentales son los bloques constituyentes básicos de cualquier átomo. El átomo y por tanto, toda la materia, está formado principalmente por tres partículas fundamentales: Electrones, protones y neutrones.
P ART Í CUL A
MASA
0,0005458 uma (9,10939x10-28g)
C ARG A
Electrón
(e-)
Protón
(p ó p+) 1,0073
uma (1,67262x10-24g)
1+
Neutrón
(n o nº)
uma (1,67495x10-24g)
ninguna
1,0087
1-
Un átomo consiste en dos clases de partículas: Un núcleo, el corazón central del átomo, el cual está cargado positivamente y contiene la mayor parte de la masa masa del del átomo, Y uno o más electrones, que se encuentran en la región alrededor del núcleo, que está cargada negativamente y muy ligera.
Unidad de Masa Atómica “Un uma equivale exactamente a 1/12 de la masa del átomo de carbono – 12” 1 uma = 1,6606 x 10 -24 g El descubrimiento de los Electrones
La evidencia mas convincente de la existencia de electrones se obtuvo mediante los experimentos con tubos de rayos catódicos(CRT
El CRT es el corazón de los monitores de ordenador y los aparatos de televisión . Dos electrodos se sellan en un tubo de vidrio que contiene gas a presión muy baja. Al aplicar voltaje alto hay flujo de corriente y se desprenden rayos en el cátodo (-) y viajan hacia el ánodo (+).
* Los rayos catódicos viajan en línea recta, se demuestra al colocar ZnS en la trayectoria de estos rayos y proyectan sombra. * Se desprenden los rayos catódicos en el cátodo y viajan haciaeléctricos el ánodo.y magnéticos * Al aplicar campos sobre estos rayos ocasionan desviaciones que demuestran tener carga negativa. * Los rayos catódicos tienen masa, se demuestra al colocar una pequeña rueda de paletas en la trayectoria.
En 1897, J.J. Thomson estudió estas partículas con carga negativa y las llamó electrones. Thomson determinó la relación entre la carga (e) y la masa (m) de los electrones. El valor de esta relación es: e/m = 1,7588x10 8 coul/g e/m = Millikan 1,7588x10 En 1909, Robert llevó8acoul/g cabo su famoso experimento de la “gota de aceite” y determinó la carga del electrón. Este valor es 1, 60219 x 10 – 19 coulomb (valor 1,60219 actual) m= 9, 10952 x 10 -28 g 9,10952
Rayos Canal y Protones En 1886, Fugen Godstein observó por primera vez que el tubo de rayos catódicos también generaba una corriente de partículas con carga positiva que se movían hacia el cátodo. Estos rayos positivos o ionescuando positivos rayos canales se srcinan los llamados rayos catódicos desplazan electrones de los átomos gaseosos en el tubo. Se forman iones positivos por el siguiente proceso: Átomo catión + e…………………………….. x x+ + e-
Neutrones En 1932 fue descubierta por James Chadwick, al bombardear berílio con partículas alfa de alta energía. El neutrón es una partícula sin carga, con masa ligeramente mayor que la del protón. Los núcleos de todos los átomos con excepción de la forma común del hidrógeno contienen neutrones.
Reactividad y Reacciones Nucleares de Bombardeo Veremos dos tipos de reacciones nucleares. Uno es el decaimiento reactivo, el proceso en el cual un núcleo se desintegra espontáneamente emitiendo radiación. La radiación consiste en: electrones, neutrones, núcleos más pequeños (núcleos de He) y radiación electromagnética. El segundo tipo de reacción nuclear es una reacción nuclear de bombardeo, el proceso en el cual un núcleo es bombardeado o golpeado por otro núcleo o por una partícula nuclear.
Radiactividad Un núcleo puede sufrir una reacción que cambie su identidad. Algunos núcleos son inestables y emiten partículas y reacciones electromagnéticas en
forma espontánea. Esta emisión espontánea del núcleo de un átomo se conoce como reactividad. El descubrimiento de este fenómeno fue hecho por Henri Becquerel en 1896.
Los isótopos radiactivos se conocen como radioisótopos. Ejem.: uranio – 238, emite espontáneamente rayos alfa. Un estudio posterior de la naturaleza de la radioactividad, principalmente por el Científico
Ernest Rutherford, reveló tres tipos de radiación: alfa ,beta y gama. Cada tipo de radiación difiere en su respuesta a un campo eléctrico.
Los tres tipos de radiación producidos por los materiales radiactivos
Radiación alfa: Son flujos de partículas
cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio). Son poco penetrantes aunque muy ionizantes. Son muy energéticos. Radiación beta: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas). Es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Radiación gamma: Son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación.
NOMBRE
SIMBOLO
IDENTIDAD
CARGA
MASA (Kg)
PARTICULAS ALFA
α
2+ NUCLE O DE He
+2
-27 6.6446X10
PARTICULAS BETA
β
FLUJO DE ELEC TRONESe-)(
-1
-31 9.11X10
PARTICULAS GAMMA
γ
RADIACION ELECTROMAGNETICA 0 (FOTON ESDE ALTA ENERGIA)
0
Rutherford y el átomo Nuclear
El modelo de J.J. Thomson que prevalecía, consistió en una nube de cargas positivas en el que los electrones con carga negativa se encontraban en el interior como las semillas de una sandía.
En 1910, Rutherford y sus colaboradores realizaron un experimento que eliminó el modelo de Thomson. Bombardearon una placa de oro muy delgada con partículas alfa procedentes de una fuente radiactiva.
EXPERIMENTO DE RUTHER FORD
Consistió en bombardear una lámina muy fina de oro (10 mm de espesor) con un haz de partículas α (las partículas α son iones He2+; son uno de los tipos de partículas
que se producen cuando se descompone una sustancia radiactiva). Según el modelo de Thomson, lo que cabía esperar es que el haz haz de de partículas partículas atravesase la lámina, separándose algo más unas partículas de otras.
Sin embargo, Rutherford obtuvo resultados sorprendentes: algunas partículas sufrían desviaciones considerables y una mínima parte incluso rebotaba en la lámina y volvía hacia atrás.
Rutherford describe su asombro ante tal resultado con estas palabras: "...Esto era lo más increíble que me había ocurrido en mi vida. Tan increíble como si un proyectil de 15 pulgadas, disparado contra una hoja de papel de seda, se volviera y le golpeara a uno...”
Las grandes desviaciones de algunas partículas α sólo se podían explicar por choque contra una partícula de gran masa y elevada carga positiva. Esto hizo suponer a Rutherford que toda la carga positiva del átomo estaba concentrada en un pequeño núcleo donde residía además la casi totalidad de su masa.
El modelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera: El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.
Los electrones giranenaórbitas grandes distancias alrededor del núcleo circulares. La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.
NUMERO DE MASA E ISOTOPOS
Moseley generó rayos x disparando un rayo de electrones de alta energía contra un blanco puro único.constituido de un elemento
Moseley demostró que las longitudes de onda de los rayos x podían correlacionarse mejor con el número atómico. Por primera vez fue posible ordenar todos los elementos conocidos por orden de incremento de carga nuclear. La mayoría de los elementos están formados de átomos con masa distinta que se llaman isótopos.
Isótopos
Son átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. El número de protones del núcleo se llama número atómico. La suma del número de neutrones y de protones de un núcleo dado se llama número de masa del átomo. Para identificar de qué isótopo del elemento se trata, se emplea el símbolo.
Donde:
X representa el símbolo del elemento A representa el número de masa Z representa el número atómico A = número de protones + número de neutrones (A =23 , Z =11 y 12 neutrones).
A Z
X
23 11
Na
Abundancia de isótopos
La mayoría de los elementos se encuentran como una mezcla de isótopos. Ejm.; El cobre se encuentra en la tierra en forma de mezcla isotópica de 69,09 % de (masa = 62,93 uma por átomo) y 63 Cu 29
30,91 % de átomo)
65 Cu 29
(masa = 64,93 uma por
¿Cuál es el peso atómico del cobre?
Como 100 átomos de cu constan de: 69,09 átomos de y 65 39,91 átomos de Cu
63
Cu 29
29
La masa total de esos 100 átomos es: 69,09 átomos x 62,93 uma + 30,91 x 64,93 = 6355 uma átomo La masa promedio de un átomo de cobre es: 6355 uma /100 átomos = 63,55 uma /átomo
Pesos Atómicos
Una unidad importante del átomo es la masa. La masa de 1 átomo de 0 es 2,7 x 10 – 23g La masa de un átomo se expresa generalmente mediante una unidad pequeña llamada la unidad de masa atómica. Expresados en unidades de masa atómica, las masas de los átomos se llaman PESOS ATÓMICOS ( P.A.) Ejem.: el P.A. del 0 es 16,0 uma La masa de 1 átomo de 0 es 16,0 uma La masa de 1 mol de átomo de 0 es 16,0g
Mol. Se define como la cantidad de sustancia
que contienen tantas entidades como el número de átomos en 0,012kg de carbono12 puro. Número de avogrado = 6,022045 x 10 (23) partículas = 1 mol “La masa en gramos de una mol de átomos de un elemento puro es numéricamente igual al peso atómico en uma de dicho elemento”. Ejem.: el P.A. del 0 es 16,0 uma 1 mol de átomos de 0 es 16,0 o g.
Pesos moleculares
La masa de una molécula también se expresa en uma como una molécula es un grupo de átomos, su masa es la suma de las masas de todos los átomos del grupo. La suma de los pesos atómicos de todos los átomos de una molécula es igual a su peso
molecular. P.A. del C ----- 12 uma Peso molecular del C2 H4 es: 28 uma P.A. del H ------ 1 uma La masa de una molécula de C2 H4 es 28 uma La masa de 1 mol de moléculas de C2 H4 es 28 g
Ejemplos: ¿Cuántas moles de átomos contienen 245,2 g de níquel metálico? P.A. del níquel es de 58,69 uma 1 mol de átomos de Ni es 58,69 g X -----245,2 g X= 245,2gx1mol átomos de Ni/58,69g X =4,178 mol de atomos de Ni.
¿Cuántos átomos hay en 4,178 moles de átomos de Ni.? mol de átomos de Ni ---- 6,022 x 10 (23) átomos de Ni.
4,178 mol de átomos de Ni ----- Xat.de Ni/ X=6,022x10(23) át. deNix4,178mol 1 mol de átomos de Ni X = 2,516 x 10 (24) átomos de Ni.
Calcule la masa en g de 1 átomo de Ni. 1mol át.de Ni---58,69g--- 6,022x10(23)at.Ni X ----- 1 at.de Ni X =58,69gx1atomo Ni/6,022x10(23)at.Ni
X = 9,746x10(-23)g de Ni.
RADIACION ELECTROMAGNETICA
La Radiación es la emisión y transmisión de energía a través del espacio en forma de ondas.
Onda, se puede considerar como una perturbación vibraciónal por medio de la cual se transmite la energía. Hay muchas clases de ondas, como ondas de agua, ondas sonoras y ondas de luz.
Propiedades Fundamentales de una Onda Longitud de Onda (λ) Es la distancia entre dos puntos idénticos en ondas sucesivas (dos crestas o valles consecutivos). (Distancia/Onda). Frecuencia ( ) Es el número de onda que pasa a través de un punto especifico en un segundo . (Ondas/Tiempo). Amplitud (A) Es la distancia vertical de la línea media de la onda a la cresta o al valle. Velocidad (ѵ) Viaja a través del espacio y depende del número de ciclos de la onda que pasa a través de un punto dado por segundo y de la longitud de onda.
v= λ
(1) Distancia x ondas = distancia onda tiempo tiempo
ONDAS SUPERPUESTAS
Cuando las ondas se encuentran coincidiendo en sus crestas (o en sus valles ), las ondas se combinan formando las crestas más altas (o valles más profundos). se dice las ondas estánEn eneste fasecaso, y la suma de que ondas se llama interferencia constructiva o refuerzo de ondas.
INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA
Cuando las ondas se encuentran de modo que el máximo de una onda coincide con el valle de otra, las ondas se anulan. Estas ondas no están en fase y la anulación de las ondas se denomina interferencia destructiva .
INTERFERENCIA DESTRUCTIVA
ONDA ELECTROMAGNETICA Una onda electromagnética tiene por componentes un campo eléctrico y un campo magnético. Estos dos componentes tienen la misma longitud y frecuencia en consecuencia la misma velocidad, pero viajan en planos perpendiculares.
TIPOS DE RADIACION ELECTROMAGNETICA (ESPECTRO ELECTROMAGNETICO)
Constituido por radiación electromagnética de diferentes longitudes de onda. La radiación electromagnética se desacelera
al pasar por la materia. Algunos materiales desaceleran mas que otros; la velocidad delala luz es menor a través del agua que del aire. Un prisma separa la luz en un espectro por que la velocidad a través del vidrio de la luz azul es menor que la de la luz roja.
Teoría quántica de Planck Cuando se calientan los sólidos, emiten una radiación con una amplia gama de longitudes de onda. Podemos considerar un cuerpo negro. Un cuerpo negro es un material que absorbe y emite todas las longitudes de onda del espectro . Un cuerpo negro experimental podría ser un trozo de hierro con cavidad en su interior .
En 1900, Planck, predijo la forma de la curva, siguiendo una suposición revolucionaria. “ El material de las paredes de la cavidad no absorbía ni emitía todas las radiaciones en forma continua, sino que lo hacía en porciones discretas de energías, a las que llamo Cuanta o Cuanto”. Cuanto es la mínima cantidad de energía que puede ser emitida (o absorbida) en forma de radiación electromagnética. La energía de un solo Cuanto de energía emitido es : E = hμ (2) Donde : h = Constante de Plank= 6,6262x 10-34 J.S Max Planck recibió el premio Nóbel en 1918.
EL EFECTO FOTOELECTRICO
En 1888, Heinrich Hertz descubrió que cuando la luz choca con la superficie de ciertos metales, se emiten electrones. Este fenómeno se denomina efecto fotoeléctrico y sus características son:
La emisión de electrones ocurre cuando la frecuencia de lasolamente luz incidente excede un valor umbral determinado ( ). El número de electrones emitidos depende de la intensidad de la radiación incidente. Las energías cinéticas de los electrones emitidos dependen de la frecuencia de la luz.
En el modelo corpuscular, un fotón de energía golpea a un electrón que absorbe la energía del fotón. Si la energía del fotón es mayor que la energía de unión del electrón a la superficie , una magnitud conocida como función trabajo, se libera un fotoelectrón. Así, la luz de menor frecuencia que produce el efecto fotoeléctrico es la frecuencia umbral y cualquier energía superior a la función trabajo aparece como energía cinética en los fotoelectrones emitidos.
Con el potencial de Frenado, la energía cinética de los fotoelectrones se ha convertido en energía potencial expresada mediante la siguiente ecuación.
Como resultado de experimentos del tipo que se acaba de describir, se encuentra que Vs es proporcional a la frecuencia de la Luz incidente pero independiente de la intensidad de la luz. Además, si la frecuencia,( ), es inferior a la frecuencia umbral,( ), no se produce corriente fotoeléctrica, como se muestra en la Figura 9.12. A frecuencias mayores de ( ) la ecuación empírica para el potencial de frenado es
La constante K es independiente del metal utilizado pero () varia de un metal a otro. Aunque no hay relación entre Vs y la intensidad de la luz, la corriente fotoeléctrica es proporcional a la intensidad (I) de la luz.
Como la función trabajo (eVo) es característica del metal utilizado en el experimento, () también es característica del metal, como se confirma experimentalmente. Cuando un fotón de energía () choca con un electrón y este supera la función trabajo (eVo), el electrón es liberado con la energía cinética (1/2 ) . De acuerdo con la ley de conservación de la energía, tenemos, que da lugar a:
Que es idéntica a la ecuación determinada empíricamente para Vs con K = h/e cuando . Experimentos precisos demostraron que la constante h tenía el mismo valor el determinado pornegro. Planck para laque radiación del cuerpo
ESPECTROS La radiación que consta de una sola longitud de onda se llama monocromática. Cuando la luz blanca de un foco pasa a través de un prisma se dispersa en una gamma de colores. Este arocontinua iris de colores, contiene luz de todas las longitudes de onda y se denomina espectro continuo.
Un espectro que contiene una relación de sólo algunas longitudes de onda específica es denominado espectro lineal. El espectro de la radiación emitida por una sustancia se denomina espectro de emisión. Las líneas de emisión son brillantes. Las sustancias también presentan un espectro de absorción.
Para cada elemento, su espectro de emisión coincide con su espectro de absorción ( las líneas). Cada elemento tiene espectro único ya sea de emisión o de absorción. Los sólidos generalmente dan espectros continuos. Los gases y los vapores producen espectros de líneas o espectros de bandas.
Los espectros de bandas corresponden a radiaciones emitidas por moléculas. Los espectros de líneas se deben a los átomos.
ESPECTROS DE LINEAS DEL ATOMO DE HIDROGENO
En 1885, Balmer excitó moléculas de Hidrógeno, para que se disociarán, con el fin de que dieran átomos excitados de Hidrógeno y examinó la radiación visible que emitían, con un espectrógrafo de prisma, como se muestra. Porción visible del espectro para átomos de Hidrógeno
El espectro consta de cierto número de líneas que se pueden clasificar en grupos o series Cada serie de líneas se relaciona con una fórmula, la cual para la serie de Balmer, tiene la forma:
Al observar otras regiones del espectro electromagnético otros investigadores descubrieron otras series de líneas. Rydberg relacionó todas estas líneas de todas las series mediante la siguiente ecuación general:
donde : n1 y n2 se muestra en la siguiente tabla y RH = Constante de Rydberg RH = 109,677.58 cm-1
Serie
n1
n2
Región espectral
Lyman Balmar Paschen Brackett Pfeend Humphrey
1 2 3 4 5 6
2,3,4,....... 3,4,5,...... 4,5,6,........ 5,6,7,....... 6,7,8,..... 7,8,9,...
Ultravioleta (UV) Visible y UV
Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo
MODELO DE BOHR Con el propósito de explicar el espectro de líneas del Hidrógeno Niels Bohr ideó su modelo de la estructura electrónica del átomo de Hidrógeno. Aunque el modelo de Rutherford para el átomo explica la distribución de masas positivas y negativas en el átomo, no explica el srcen de los espectros lineales.
Bohr en 1913, fue el primero en presentar un modelo sencillo del átomo, que explicaba la aparición de los espectros lineales. Utilizando la idea de Rutherford de un átomo similar al sistema solar y la de Planck de la cuantización de la energía, Bohr pudo predecir las longitudes de onda de las líneas del espectro del Hidrógeno.
Sus razonamientos implicaban los postulados siguientes: 1.- En un átomo el electrón se mueve sólo en ciertos estados estacionarios, llamados niveles de energía y cada uno de estos estados estacionarios tiene una energía fija y definida. 2.- Cuando un electrón está en uno de estos estados, no irradia energía, pero al cambiar de un estado de alta energía a un estado de energía inferior, el átomo emite un cuanto de radiación cuya energía hμ es igual a la diferencia de energía entre los dos estados.
3.- En cualquiera de estos estados el electrón se mueve siguiendo una orbita cirular alrededor del núcleo. 4.- El momento angular del electrón en estos estados estacionarios es un múltiplo entero de h/2π.
RELACION DE BROGLIE En 1924, Louis De Broglie, considerando la naturaleza de la luz y de la materia, formuló una proposición sorprendente: las partículas mas pequeñas de materia pueden mostrar propiedades de ondas.
De Broglie propuso que la longitud de onda, , su masa, m, y su velocidad, v, se relacionan con la siguiente ecuación: Donde h = constante de Planck
En 1927, C. J. Davisson y L. H. Germer procedentes de los Estados Unidos mostraron que un haz de electrones es difractado por un cristal de níquel. En ese mismo año, G. P. Thomson, procedente de Escocia, dirigió un haz deyelectrones hacia una hoja metálica fina obtuvo la misma imagen de difracción que con rayos X de la misma longitud de onda.
EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
Los objetos son visibles por que notamos sus interacciones con la luz.
Según Heisenberg, la incertidumbre en la posición de un objeto, multiplicada por la incertidumbre con el momento del objeto, es igual o mayor que
Esta expresión corresponde al principio de incertidumbre de Heinsenberg y significa que no podemos medir la posición y el momento simultáneamente con precisión.
