física moderna - xtec. · pdf filefeynman descriu la mecànica quántica...

Física moderna1. Què és la llum?2. Teoria quàntica3. Efecte fotoelèctric4. Dualisme ona-corpuscle5. Principi d’incertesa

Ona o corpuscle?

Ona o corpuscle?

Isaac Newton

• 25 de desembre de 1642

• 20 de març de 1727• alquimista, matemàtic,

científic, i filòsofanglès.

Christiaan Huygens

• La Haya, 14 de abril de 1629

• 8 de julio de 1695• ideà el rellotge de pèndol• exposà la teoria

ondulatòria de la llum.• Descobridor dels anells de

Saturn i de Tità.• Solter, com Newton

Propietats de les ones

• Reflexió• Refracció• Interferències• Difracció• Efecte Doppler

Propietats de les ones

Propietat Teoria corpuscular Teoria ondulatòria

Reflexió sí sí

Refracció amb condicions sí

Interferències no sí

Difracció no sí

Efecte Doppler no sí

Longitud d’ona

Un prisma descomposa la llum

Espectre continu

Longitud d’ona i freqüència

c velocitat de propagació

λ longitud d’ona

ν freqüència

Ones electromagnètiques

Espectre electromagnètic

Espectres d’emissió

El cos negre

Max Planck• (23 /IV/1858 - 4 /X/1947)• Físic alemany considerat l’

inventor de la teoria quàntica.

• Premi Nobel de Física (1918)

La teoria de Planck• Hipòtesi de la quantificació de l‘energia.• Segons Planck, l‘energia no és una magnitud continua, sino

discreta.• Només pot agafar uns determinats valors d’enegia, que

estan fixats i són invariables, múltiples d'un valor anomenat quantum de llum, o fotó.

• E=hν• h és la constant de Planck o quàntum d'acció (6,62·10-34J.s) • E és l'energia de la radiació (emesa o absorbida) • υ (lletra grega, pronunciada nu) es la frequència de la

radiació emesa o absorbida.

Richard Phillips Feynman

• 11 de maig de 1918Nova York, Estats Units

• 15 de febrer de 1988Los Angeles, California, Estats Units

• Premi Nobel de Físicaen 1965

Cites de Feynman

• "Querida Sra. Chown, ignore los intentos de su hijo de enseñarle física. La Física no es la cosamás importante. La cosa más importante es el amor. Mis mejores deseos, Richard Feynman."

• "La Física es como el sexo: seguro que da algunacompensación práctica, pero no es por eso por lo que la hacemos."

• "La Matemática no es real, pero parece real. ¿Dónde está ese lugar?"

Cites de Feynman

• "Para aquellos que no conocen las matemáticas, es difícil sentir la belleza, la profunda belleza de lanaturaleza... Si quieres aprender sobre lanaturaleza, apreciar la naturaleza, es necesario aprender el lenguaje en el que habla."

• "Para lograr un éxito tecnológico, la realidad debeestar por encima de las relaciones públicas, porquela Naturaleza no puede ser engañada."

Efecte fotoelèctric (1)

Efecte fotoelèctric (2)

Efecte fotoelèctric (2)

Niels Bohr

- 7 d’octubre de 1885Copenhague, Dk

- 18 de novembre de 1962, Copenhague, Dk

- Premi Nobel de Física 1922

Postulats de Bohr

• Primer postulat: L'electró gira al voltant del nucli en òrbites circulars ben definides sense emetre energia ni absorvir-ne.

• Segon postulat: Només són permeses aquelles òrbites circulars l'energia de les quals té uns certs valors quantitzats.

• Tercer postulat: El pas d'un electró d'una òrbita a una altra provoca una emissió o absorció d'energia d'acord amb la diferència d'energia entre els dos nivells energètics.

1r postulat de Bohr

2n postulat de Bohr

3r postulat de Bohr

Espectre d’emissió de l’hidrogen

Louis-Victor de Broglie

• 15 d’agost de 1892Dieppe, França

• 19 de març de 1987París, França

• Premi Nobel de Física1929

Longitud d’ona de Broglie (1)

λ longitud d’ona associada a una partícula

h constant de Planckp moment lineal de la

partícula

Longitud d’ona de Broglie (2)

λ longitud d’ona associada a una partícula

h constant de Planckm massa de la partículav velocitat de la partícula

Ona associada a un cotxe(publicitat)

Doble realitat

Pot un cos travessar un mur?

Problema 1

• L’alumne de Física de 2n B.C., de 50 kg, va pel carrer a una velocitat de 6,62 m/s. Calcula la longitud d’ona associada:

λ = h/(m.v) = 6,62·10-34 J.s /(50 kg.6,62 m/s) == 2 ·10-36 mConclusió: com que queda fora del’espectre

electromagnètic sólament es pot veure el corpuscle

Especte electromagnètic (P 1)

Problema 2

• Un electró, de massa 9,1·10 -31 kg es mou a una velocitat de 106 m/s. Calcula la longitud d’ona associada:

λ = h/(m.v) = 6,62·10-34 J.s /(9,1·10 -31 kg. 106

m/s) == 7,3 ·10-9 m = 7,3 nmConclusió: Aquesta longitud d’ona correspon

als raigs X

Especte electromagnètic (P 2)

Microscopi electrònic

Ones estacionàries

Ones de Broglie estacionàries

Aquesta ona no és possible

Aquesta ona sí és possible

Ones estacionàries a l’àtom d’H

Werner Karl Heisenberg

• Würzburg, 1901• Mònaco 1976

Principi d'incertesa d'Heisemberg(1927)

• És impossible conèixer simultàniament i amb precisió, la posició i velocitat d’una partícula.

Principi d'incertesa d'Heisemberg

Δx indeterminació de la posició

Δp indeterminació de l’impuls

h constant de Planck

Principi d'incertesa d'Heisemberg

Àtom de Bohr segons el dualisme ona-corpuscle i la indeterminació

Déu no juga als daus

Feynman descriu la mecànica quántica• “... no me lo creo, es demasiado descabellado, es el

tipo de cosa que simplemente no voy a aceptar. Conesto espero que estéis conmigo y teneis que aceptarlo porque es así como funciona la naturaleza. Siqueremos saber el modo en que funciona la naturaleza, la miramos cuidadosamente, observándola y... ése es elaspecto que tiene. ¿No te gusta? Pues vete a otra parte, a otro universo donde las reglas sean más simples,filosóficamente más agradables, psicológicamente más fáciles. (Describiendo de la mecánica cuántica).

EL EL ÁÁTOMO DIVISIBLETOMO DIVISIBLE

MODELOS ATMODELOS ATÓÓMICOSMICOS

Abril 2006Abril 2006

A MEDIADOS DEL A MEDIADOS DEL XIXXIX, ESTUDIOS , ESTUDIOS RELACIONADOS CON LA NATURALEZA RELACIONADOS CON LA NATURALEZA ELELÉÉCTRICA DE LA MATERIA Y EN CONCRETO, CTRICA DE LA MATERIA Y EN CONCRETO, CON LA NATURALEZA DE LA CHISPA QUE SALTA CON LA NATURALEZA DE LA CHISPA QUE SALTA ENTRE DOS OBJETOS CARGADOS QUE ESTENTRE DOS OBJETOS CARGADOS QUE ESTÁÁN N PRPRÓÓXIMOS, CUESTIONARON AL XIMOS, CUESTIONARON AL ÁÁTOMO COMO TOMO COMO PARTPARTÍÍCULA INDIVISIBLE.CULA INDIVISIBLE.

EL DESCUBRIMIENTO DE EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS LOS RAYOS CATCATÓÓDICOSDICOS CONDUJO AL DESCUBRIMIENTO CONDUJO AL DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRDEL ELECTRÓÓN Y POR TANTO A LA IDEA DE UN N Y POR TANTO A LA IDEA DE UN ÁÁTOMO DIVISIBLE.TOMO DIVISIBLE.

DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATCATÓÓDICOSDICOS

1875 WILLIAN CROOKE 1875 WILLIAN CROOKE ESTUDIANDO LA CHISPA ESTUDIANDO LA CHISPA QE SALTA ENTRE DOS ELECTRODOS INTRODUCIDOS QE SALTA ENTRE DOS ELECTRODOS INTRODUCIDOS EN UN TUBO DE VIDRIO QUE CONTIENE UN GAS, EN UN TUBO DE VIDRIO QUE CONTIENE UN GAS, OBSERVOBSERVÓÓ QUE CUANDO LA PRESIQUE CUANDO LA PRESIÓÓN DEL GAS ES N DEL GAS ES BAJA NO SE PRODUCE CHISPA Y APARECE UNA LUZ BAJA NO SE PRODUCE CHISPA Y APARECE UNA LUZ CARACTERCARACTERÍÍSTICA DEL GAS. STICA DEL GAS.

SI LA PRESISI LA PRESIÓÓN DEL GAS SE REDUCE AN DEL GAS SE REDUCE AÚÚN MN MÁÁS S DESAPARECE LA LUZ DE COLOR EMITIDA POR EL DESAPARECE LA LUZ DE COLOR EMITIDA POR EL GAS Y APARECE UNA DGAS Y APARECE UNA DÉÉBIL FLUORESCENCIA EN LA BIL FLUORESCENCIA EN LA PARED DEL TUBO DE VIDRIO FRENTE AL CPARED DEL TUBO DE VIDRIO FRENTE AL CÁÁTODO OTODO OELECTRODO NEGATIVO.ELECTRODO NEGATIVO.

ESTA FLUORESCENCIA PROCEDESTA FLUORESCENCIA PROCEDÍÍA DEL A DEL CHOQUE DE UNOS RAYOS PROCEDENTES CHOQUE DE UNOS RAYOS PROCEDENTES DEL CDEL CÁÁTODO CON LA PARED DEL TUBO.TODO CON LA PARED DEL TUBO.

EUGEN GOLDSTEIN LLAMEUGEN GOLDSTEIN LLAMÓÓ A ESTOS A ESTOS RAYOS RAYOS ““RAYOS CATRAYOS CATÓÓDICOSDICOS””

TUBO DE RAYOS CATTUBO DE RAYOS CATÓÓDICOSDICOS

FLUORESCENCIAFLUORESCENCIA

CCÁÁTODO TODO ÁÁNODONODOESQUEMA DE TUBO DE VIDRIO CON UN GAS A ALTO VACÍO

RAYOS CATÓDICOS

DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRDESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓÓNN1897 JOSEPH JOHN THOMSON1897 JOSEPH JOHN THOMSON ESTUDIANDO ESTUDIANDO SI LOS RAYOS CATSI LOS RAYOS CATÓÓDICOS SE DESVIABAN DICOS SE DESVIABAN EN PRESENCIA DE CAMPOS ELEN PRESENCIA DE CAMPOS ELÉÉCTRICOS Y CTRICOS Y MAGNMAGNÉÉTICOS, COMPROBTICOS, COMPROBÓÓ QUE TENQUE TENÍÍAN AN CARGA ELCARGA ELÉÉCTRICA NEGATIVA Y HALLCTRICA NEGATIVA Y HALLÓÓ SU SU RELACIRELACIÓÓN CARGA/MASA (1,76.10N CARGA/MASA (1,76.101111 C/C/kgkg).).

LA RELACILA RELACIÓÓN CARGA/MASA ERA SIEMPRE N CARGA/MASA ERA SIEMPRE LA MISMA INDEPENDIENTEMENTE DEL TIPO LA MISMA INDEPENDIENTEMENTE DEL TIPO DE GAS DEL TUBO, DEL TIPO DE METAL DEL DE GAS DEL TUBO, DEL TIPO DE METAL DEL CCÁÁTODOTODO……

LAS PROPIEDADES DE LOS RAYOS LAS PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATCATÓÓDICOS SE PODDICOS SE PODÍÍAN EXPLICAR SI AN EXPLICAR SI ESTUVIERAN FORMADOS POR PARTESTUVIERAN FORMADOS POR PARTÍÍCULAS CULAS MMÁÁS PEQUES PEQUEÑÑAS QUE LOS AS QUE LOS ÁÁTOMOS Y SE LES TOMOS Y SE LES LLAMLLAMÓÓ ELECTRONES.ELECTRONES.

ROBERT MILLIKAN,ROBERT MILLIKAN, CON SU CON SU EXPERIMENTO DE LA EXPERIMENTO DE LA GOTA DE ACEITE,GOTA DE ACEITE,DETERMINDETERMINÓÓ EN 1909 LA CARGA ELEN 1909 LA CARGA ELÉÉCTRICA CTRICA DEL ELECTRDEL ELECTRÓÓN (1,602.10N (1,602.10--1919 C) Y A C) Y A CONTINUACICONTINUACIÓÓN SU MASA (9,1.10N SU MASA (9,1.10--3131 kgkg, dos mil , dos mil veces inferior a la del veces inferior a la del áátomo de H)tomo de H)

J.JJ.J. THOMSON 1897. THOMSON 1897

PROBLEMAS QUE PLANTEPROBLEMAS QUE PLANTEÓÓ EL EL DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRDESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓÓNN

SI LA MATERIA ES NEUTRA, ADEMSI LA MATERIA ES NEUTRA, ADEMÁÁS DE ELECTRONES DEBE S DE ELECTRONES DEBE HABER CARGA POSITIVA EN LOS HABER CARGA POSITIVA EN LOS ÁÁTOMOS, PERO TOMOS, PERO ¿¿CCÓÓMO SE MO SE ENCUENTRAN DENTRO DEL ENCUENTRAN DENTRO DEL ÁÁTOMO?TOMO?

SI LOS ELECTRONES TIENEN MASA TAN PEQUESI LOS ELECTRONES TIENEN MASA TAN PEQUEÑÑA,A,¿¿DDÓÓNDE SE NDE SE ENCUENTRA LA MAYOR PARTE DE LA MASA DE LOS ENCUENTRA LA MAYOR PARTE DE LA MASA DE LOS ÁÁTOMOS?TOMOS?

¿¿POR QUPOR QUÉÉ LAS PARTLAS PARTÍÍCULAS QUE SE OBTENCULAS QUE SE OBTENÍÍAN DE LOS AN DE LOS ÁÁTOMOS ERAN SIEMPRE ELECTRONES Y NUNCA PARTTOMOS ERAN SIEMPRE ELECTRONES Y NUNCA PARTÍÍCULAS CULAS CON CARGA POSITIVA?CON CARGA POSITIVA?

MODELOS ATMODELOS ATÓÓMICOSMICOS

1.1.--MODELO DE THOMSON (1904)MODELO DE THOMSON (1904)IMAGINIMAGINÓÓ A LOS A LOS ÁÁTOMOS COMO ESFERAS MACIZAS DE CARGA TOMOS COMO ESFERAS MACIZAS DE CARGA POSITIVA NEUTRALIZADA POR LOS ELECTRONES, QUE POSITIVA NEUTRALIZADA POR LOS ELECTRONES, QUE ESTARESTARÍÍAN INCRUSTADOS EN ELLAS.AN INCRUSTADOS EN ELLAS.

2.2.--MODELO DE RUTHERFORD (1911)MODELO DE RUTHERFORD (1911)IMAGINIMAGINÓÓ A LOS A LOS ÁÁTOMOS CASI VACTOMOS CASI VACÍÍOS, CON LA CARGA OS, CON LA CARGA POSITIVA CONCENTRADA EN UNA ZONA LLAMADA NPOSITIVA CONCENTRADA EN UNA ZONA LLAMADA NÚÚCLEO Y CLEO Y LOS ELECTRONES DANDO VUELTAS EN TORNO A LOS ELECTRONES DANDO VUELTAS EN TORNO A ÉÉL.L.

ERNEST RUTHERFORDERNEST RUTHERFORD

MODELOS ATMODELOS ATÓÓMICOSMICOS

SI IMAGINAMOS UN SI IMAGINAMOS UN ÁÁTOMO CON LAS DIMENSIONES DE UN TOMO CON LAS DIMENSIONES DE UN ESTADIO DE FESTADIO DE FÚÚTBOL, SU NTBOL, SU NÚÚCLEO SERCLEO SERÍÍA DEL TAMAA DEL TAMAÑÑO DE UNA O DE UNA CANICA COLOCADA EN EL CENTRO.CANICA COLOCADA EN EL CENTRO.

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD EXPERIMENTO DE RUTHERFORD DirigiDirigióó sobre una lsobre una láámina de oro muy fina un haz de partmina de oro muy fina un haz de partíículas culas αα (carga (carga +) +) procedentes de una fuente radiactiva. La mayorprocedentes de una fuente radiactiva. La mayoríía pasaba en la pasaba en líínea recta, nea recta, pero alguna rebotaba.pero alguna rebotaba.

PARTPARTÍÍCULAS CULAS αα LLÁÁMINA DE OROMINA DE ORO

MODELOS ATMODELOS ATÓÓMICOSMICOS

LAS PALABRAS DE LAS PALABRAS DE RUTHERFORD DESPURUTHERFORD DESPUÉÉS DE S DE REALIZAR EL EXPERIMENTO REALIZAR EL EXPERIMENTO FUERON:FUERON:””ES LO MES LO MÁÁS INCREIBLE QUE S INCREIBLE QUE ME HA SUCEDIDO EN MI ME HA SUCEDIDO EN MI VIDA. CASI TAN INCREIBLE VIDA. CASI TAN INCREIBLE COMO SI AL DISPARAR BALAS COMO SI AL DISPARAR BALAS CONTRA UN PAPEL DE SEDA, CONTRA UN PAPEL DE SEDA, ALGUNAS SE VOLVIERAN ALGUNAS SE VOLVIERAN CONTRA USTEDCONTRA USTED””..

DESCUBRIMIENTO DEL PROTDESCUBRIMIENTO DEL PROTÓÓNN

EN 1886,GOLDSTEINEN 1886,GOLDSTEIN UTILIZUTILIZÓÓ UN TUBO DE UN TUBO DE RAYOS CATRAYOS CATÓÓDICOS CON UN CDICOS CON UN CÁÁTODO PERFORADO Y TODO PERFORADO Y OBSERVOBSERVÓÓ UNOS RAYOS QUE IBAN EN SENTIDO UNOS RAYOS QUE IBAN EN SENTIDO OPUESTO A LOS RAYOS CATOPUESTO A LOS RAYOS CATÓÓDICOS, ES DECIR, DICOS, ES DECIR, SALSALÍÍAN DEL AN DEL ÁÁNODO (+) YSE MOVNODO (+) YSE MOVÍÍAN HACIA EL AN HACIA EL ELECTRODO NEGATIVO O CELECTRODO NEGATIVO O CÁÁTODO.TODO.

ESTOS RAYOS POSITIVOS ERAN DESVIADOS POR ESTOS RAYOS POSITIVOS ERAN DESVIADOS POR CAMPOS ELCAMPOS ELÉÉCTRICOS Y MAGNCTRICOS Y MAGNÉÉTICOS, LO QUE TICOS, LO QUE DEMUESTRA SU NATURALEZA ELDEMUESTRA SU NATURALEZA ELÉÉCTRICA, AUNQUE CTRICA, AUNQUE DE SIGNO CONTRARIO A LA DE LOS RAYOS DE SIGNO CONTRARIO A LA DE LOS RAYOS CATCATÓÓDICOS.DICOS.

LA RELACILA RELACIÓÓN CARGA/MASA DE LAS PARTN CARGA/MASA DE LAS PARTÍÍCULAS CULAS POSITIVAS SPOSITIVAS SÍÍ DEPENDE DEL TIPO DE GAS DEPENDE DEL TIPO DE GAS ENCERRADO EN EL TUBO.ENCERRADO EN EL TUBO.

SI EL GAS ERA HIDRSI EL GAS ERA HIDRÓÓGENO CADA PARTGENO CADA PARTÍÍCULA CULA POSITIVA TENPOSITIVA TENÍÍA UNA MASA 2000 VECES MAYOR A UNA MASA 2000 VECES MAYOR QUE LA DEL ELECTRQUE LA DEL ELECTRÓÓN Y POR TANTO N Y POR TANTO PRACTICAMENTE IGUAL A LA DEL PRACTICAMENTE IGUAL A LA DEL ÁÁTOMO DE H. TOMO DE H. SU CARGA + IGUAL A LA DEL ELECTRSU CARGA + IGUAL A LA DEL ELECTRÓÓN.N.

DESCUBRIMIENTO DEL PROTDESCUBRIMIENTO DEL PROTÓÓNN

LA PARTLA PARTÍÍCULA + SE IDENTIFICCULA + SE IDENTIFICÓÓ CON EL ICON EL IÓÓN N HH++ Y Y ERNEST RUTHERFORD ERNEST RUTHERFORD LE LLAMLE LLAMÓÓPROTPROTÓÓN.N.

Rutherford en 1919 a travRutherford en 1919 a travéés de reacciones comos de reacciones como

77NN14 14 ++ partpartíícula cula αα →→ 88OO16 16 + + 11HH11

Siempre aparecSiempre aparecíía el na el núúcleo de Hidrcleo de Hidróógeno (Hgeno (H++).).

Independiente de si era NitrIndependiente de si era Nitróógeno (N) u otro ngeno (N) u otro núúcleo, p.e. cleo, p.e. Boro, Fluor, NeBoro, Fluor, Neóón, Sodio etc...n, Sodio etc...

Se concluySe concluyóó que el nque el núúcleo de Hidrcleo de Hidróógeno era uno de los geno era uno de los componentes fundamentales de todos los ncomponentes fundamentales de todos los núúcleos:el protcleos:el protóón.n.

DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRDESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓÓNN

CON EL DESCUBRIMIENTO DEL PROTCON EL DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓÓN, SURGIN, SURGIÓÓ LA LA PREGUNTA: PREGUNTA: ¿¿CUCUÁÁL ES LA ESTRUCTURA DEL L ES LA ESTRUCTURA DEL NNÚÚCLEO?CLEO?¿¿CCÓÓMO PUEDEN PERMANECER LOS PROTONES, MO PUEDEN PERMANECER LOS PROTONES, SIENDO CARGAS DEL MISMO SIGNO, EN UN ESPACIO TAN SIENDO CARGAS DEL MISMO SIGNO, EN UN ESPACIO TAN REDUCIDO?REDUCIDO?

EN 1920, RUTHERFORDEN 1920, RUTHERFORD SUGIRISUGIRIÓÓ LA EXISTENCIA DE LA EXISTENCIA DE OTRA PARTOTRA PARTÍÍCULA SIN CARGA A LA QUE LLAMCULA SIN CARGA A LA QUE LLAMÓÓ NEUTRNEUTRÓÓN.N.ENTRE PROTONES Y NEUTRONES EXISTIRENTRE PROTONES Y NEUTRONES EXISTIRÍÍAN FUERZAS AN FUERZAS ATRACTIVAS DE UNA NUEVA NATURALEZA (FUERZAS ATRACTIVAS DE UNA NUEVA NATURALEZA (FUERZAS NUCLEARES) QUE SUPERASEN A LAS FUERZAS DE REPULSINUCLEARES) QUE SUPERASEN A LAS FUERZAS DE REPULSIÓÓN N ELELÉÉCTRICAS.CTRICAS.

Descubrimiento del neutrDescubrimiento del neutróónn

BOMBARDEBOMBARDEÓÓ BERILIO CON PARTBERILIO CON PARTÍÍCULAS CULAS αα Y DETECTY DETECTÓÓ POR PRIMERA VEZ POR PRIMERA VEZ A LOS NEUTRONES YA PREDICHOS EN 1920 POR RUTHERFORD.A LOS NEUTRONES YA PREDICHOS EN 1920 POR RUTHERFORD.

LAS PARTLAS PARTÍÍCULAS FUNDAMENTALES CONSTITUYENTES DEL CULAS FUNDAMENTALES CONSTITUYENTES DEL ÁÁTOMO TOMO DESCUBIERTAS HASTA ESE MOMENTO:DESCUBIERTAS HASTA ESE MOMENTO:

J. Chadwick, 1932

partpartíículacula Carga (C)Carga (C) Masa (g)Masa (g) Masa (U)Masa (U)

electrelectróónn --1,6.101,6.10--1919 9,1.109,1.10--2828 0,000550,00055

protprotóónn 1,6.101,6.10--1919 1,673.101,673.10--2424 1,00761,0076

neutrneutróónn 00 1,675.101,675.10--2424 1,00901,0090

MODELOS ATMODELOS ATÓÓMICOSMICOS

3.3.-- MODELO DE BOHR (1913)MODELO DE BOHR (1913)

EL DANEL DANÉÉS NIELS BOHR ELABORA UN NUEVO S NIELS BOHR ELABORA UN NUEVO MODELO ATMODELO ATÓÓMICO PARA SUPERAR LOS MICO PARA SUPERAR LOS FALLOS DEL MODELO NUCLEAR DE FALLOS DEL MODELO NUCLEAR DE RHUTERFORDRHUTERFORD, A SABER:, A SABER:

1.1.-- CUALQUIER CARGA EN MOVIMIENTO EMITE CUALQUIER CARGA EN MOVIMIENTO EMITE ENERGENERGÍÍA, POR TANTO EL ELECTRA, POR TANTO EL ELECTRÓÓN N TERMINARTERMINARÍÍA CHOCANDO CON EL NA CHOCANDO CON EL NÚÚCLEO.CLEO.

2.2.-- EL NEL Nºº DE PROTONES, ELECTRONES Y DE PROTONES, ELECTRONES Y NEUTRONES NO EXPLICABA QUE HUBIERA NEUTRONES NO EXPLICABA QUE HUBIERA ÁÁTOMOS CON PROPIEDADES MUY TOMOS CON PROPIEDADES MUY DIFERENTES (DIFERENTES (LiLi y He) Y OTROS CON y He) Y OTROS CON PROPIEDADES MUY PARECIDAS (PROPIEDADES MUY PARECIDAS (LiLi y y NaNa). NO ). NO EXPLICABA CEXPLICABA CÓÓMO ESTABAN DISTRIBUIDOS MO ESTABAN DISTRIBUIDOS LOS ELECTRONESLOS ELECTRONES..

3.3.-- TAMPOCO SE EXPLICA EL HECHO DE QUE TAMPOCO SE EXPLICA EL HECHO DE QUE CADA ELEMENTO QUCADA ELEMENTO QUÍÍMICO GENERA UN MICO GENERA UN ESPECTRO DE EMISIESPECTRO DE EMISIÓÓN CARACTERN CARACTERÍÍSTICO.STICO.

Los átomos de gases calientes emiten y absorben luz a ciertas longitudes de onda.

En el gráfico de arriba, se demuestran tres espectros de emisión y uno de absorción.

MODELOS ATMODELOS ATÓÓMICOSMICOS

MODELO DE BOHRMODELO DE BOHR(( COMPAGINCOMPAGINÓÓ EL EL ÁÁTOMO NUCLEAR DE RUTHERFORD CON LA NUEVA FTOMO NUCLEAR DE RUTHERFORD CON LA NUEVA FÍÍSICA QUE SICA QUE

ESTABA SURGIENDO, FESTABA SURGIENDO, FÍÍSICA CUSICA CUÁÁNTICA):NTICA):

1.1.-- MIENTRAS EL ELECTRMIENTRAS EL ELECTRÓÓN ESTN ESTÁÁ EN UNA EN UNA ÓÓRBITA RBITA DETERMINADA NO IRRADIA ENERGDETERMINADA NO IRRADIA ENERGÍÍA (A (ÓÓRBITA RBITA ESTACIONARIA).ESTACIONARIA).

2.2.-- UN ELECTRUN ELECTRÓÓN NO PUEDE ENCONTRARSE A CUALQUIER N NO PUEDE ENCONTRARSE A CUALQUIER DISTANCIA DEL NDISTANCIA DEL NÚÚCLEO (EL RADIO DE LA CLEO (EL RADIO DE LA ÓÓRBITA ESTRBITA ESTÁÁCUANTIZADO), POR LO TANTO LA ENERGCUANTIZADO), POR LO TANTO LA ENERGÍÍA DEL SISTEMA HA A DEL SISTEMA HA DE TENER UNOS VALORES DETERMINADOS.DE TENER UNOS VALORES DETERMINADOS.

3.3.-- ES SES SÓÓLO CUANDO EL ELECTRLO CUANDO EL ELECTRÓÓN PASA DE UNA N PASA DE UNA ÓÓRBITA A OTRA RBITA A OTRA CUANDO EMITE O ABSORBE LA DIFERENCIA DE ENERGCUANDO EMITE O ABSORBE LA DIFERENCIA DE ENERGÍÍA A ΔΔEEEN FORMA DE RADIACIEN FORMA DE RADIACIÓÓN ELECTROMAGNN ELECTROMAGNÉÉTICA (FOTONES).TICA (FOTONES).

ÁÁTOMO DE HIDRTOMO DE HIDRÓÓGENOGENO

Representación de las órbitas

n distancia

1 0,53 Å

2 2,12 Å

3 4,76 Å

4 8,46 Å

5 13,22 Å

6 19,05 Å

7 25,93 Å

Diagrama del modelo atómico de Bohr.Niels Bohr s

FALLOS DEL MODELO DE BOHRFALLOS DEL MODELO DE BOHR

SSÓÓLO PODLO PODÍÍA EXPLICAR EL ESPECTRO DE EMISIA EXPLICAR EL ESPECTRO DE EMISIÓÓN N DEL HIDRDEL HIDRÓÓGENO.GENO.

NO PODNO PODÍÍA EXPLICAR POR QUA EXPLICAR POR QUÉÉ EN UN MISMO EN UN MISMO ESPECTRO HABESPECTRO HABÍÍA UNAS RAYAS MA UNAS RAYAS MÁÁS INTENSAS QUE S INTENSAS QUE OTRAS.OTRAS.

EN EL ENLACE QUEN EL ENLACE QUÍÍMICO, NO PODMICO, NO PODÍÍA EXPLICAR POR A EXPLICAR POR QUQUÉÉ UNAS MOLUNAS MOLÉÉCULAS SON LINEALES ( COCULAS SON LINEALES ( CO22) Y ) Y OTRAS ANGULARES (HOTRAS ANGULARES (H22O).O).

MODELO CUMODELO CUÁÁNTICO ACTUALNTICO ACTUAL

EL FRANCEL FRANCÉÉS S LOUIS DE BROGLIELOUIS DE BROGLIE (1924) (1924) PROPUSO QUE LOS ELECTRONES POSEEN NO PROPUSO QUE LOS ELECTRONES POSEEN NO SSÓÓLO PROPIEDADES COMO PARTLO PROPIEDADES COMO PARTÍÍCULAS SINO CULAS SINO QUE TAMBIQUE TAMBIÉÉN SE COMPORTAN COMO ONDAS. N SE COMPORTAN COMO ONDAS.

UN AUN AÑÑO DESPUO DESPUÉÉS, S, DAVISSON Y GERMERDAVISSON Y GERMER LO LO COMPROBARON EXPERIMENTALMENTE AL COMPROBARON EXPERIMENTALMENTE AL OBTENER LA DIFRACCIOBTENER LA DIFRACCIÓÓN DE ELECTRONES.N DE ELECTRONES.

ENTRE 1925 Y 1930, CIENTENTRE 1925 Y 1930, CIENTÍÍFICOS COMO EL ALEMAN FICOS COMO EL ALEMAN WERNER HEISENBERG, WERNER HEISENBERG, EL AUSTRIACO EL AUSTRIACO ERWIN ERWIN SCHRSCHRÖÖDINGERDINGER Y EL INGLY EL INGLÉÉS S PAUL DIRACPAUL DIRACDESARROLLARON LA DESARROLLARON LA MECMECÁÁNICA CUNICA CUÁÁNTICA.NTICA.

CON ESTE NUEVO MODELO YA NO SE CON ESTE NUEVO MODELO YA NO SE HABLA DE HABLA DE ÓÓRBITA (SINO DE ORBITAL), LOS RBITA (SINO DE ORBITAL), LOS ELECTRONES NO SON COMO PEQUEELECTRONES NO SON COMO PEQUEÑÑAS AS BOLITAS DESCRIBIENDO TRAYECTORIAS BOLITAS DESCRIBIENDO TRAYECTORIAS DETERMINADAS DETERMINADAS …………

UN ORBITAL ATUN ORBITAL ATÓÓMICO ES UNA ZONA EN LA MICO ES UNA ZONA EN LA QUE HAY MAYOR PROBABILIDAD DE QUE HAY MAYOR PROBABILIDAD DE ENCONTRAR U N ELECTRENCONTRAR U N ELECTRÓÓNN

QuarksQuarksFueron predichos teóricamente en 1961 por M. Gell-Mann y Y. Ne´eman.Serían los constituyentes fundamentales del protón y neutrón.

•Fuerón observadas experimentalmente en colisiones electrón-protón en DESY (Hamburgo) hacia 1968.

Hay seis tipos distintos de quarks que los físicos han denominado de la siguiente manera: "up" (arriba), "down" (abajo), "charm" (encanto), "strange" (extraño), "top" (cima) y "bottom" (fondo).

1808

1897

1910

19191932

1970

Estructura atòmica1. Estructura atòmica2. Conceptes sobre la llum3. Teoria quàntica

Tubs de Croockes

Tub de raigs catòdics (1)

Tub de raigs catòdics (2)

Tub de raigs catòdics (3)

Tub de raigs catòdics (4)

Partícules constituents de l’àtom

• Electrons, tenen càrrega negativa i són les més lleugeres.

• Protons, tenen càrrega positiva i són unes 1836 vegades més pesades que els electrons.

• Neutrons, no tenen càrrega elèctrica i pesen aproximadament el mateix que els protons.

Model atòmic de Thomson(pudding)

El nucli

Raigs X (1)

Raigs X (2)

Pechblenda

Antoine Henri Becquerel

• París, 15 de desembrede 1825

• Premi Nobel de Física 1903

Descobriment de la radiactivitat

Marie Curie

• Maria Skłodowska oMarie Curie

• (Varsovia, Polònia, 1867• Sallanches França 1934)• Premi Nobel de Física

1903• Premi Nobel de Química

1911

Tipus de radiacions radiactives

1. Radiació alfa: És un flux de partícules carregades positivament. Estan composades por dos neutrons y dos protons (núclis d’Heli). Son poc penetrants però molt ionizantes.

2. Radiació beta: És un flux d’electrones (betanegativas) o positrones (beta positivas). És més penetrant que les alfa encara que el seu poder de ionizació no és tan gran.

• Radiación gamma: Són ones electromagnéticas. Es el tipus més penetrante de radiación.

Radiacions α, β i γ (1)

Radiacions α, β i γ (2)

Poder de penetració (1)

Poder de penetració (2)

Lleis de Soddy i Fajans

• Quan un átom radiactiu emet una partícula alfa, la massa de l’àtom resultant disminueix en 4 unitats iel número atòmic en 2.

• Quan un átom radiactiu emet una partícula beta, el número atòmic augmenta en una unitat i la massa atòmica disminueix en una unitat.

• Quan un átom radiactiu emet una radiació gamma no varía la massa ni el número atòmic.

Període de semidesintegració

Període de semidesintegració

• Període de semidesintegració (t1/2) és el tempsneccesari per tal que es desintegri la meitat d’una determinada quantitat d’un element radiactiu.

• Els Període de semidesintegració, varien entre unafracció de segon, fins a milers de millions de any. Por ejemplo, el 238

92 U té un Període de semidesintegració de 4,5 x 109 anys, el 226

88Ra,1620 anys y el 15

6C, 2,4 s

Familia radiactiva 4n (Th232)

Familia radiactiva 4n+1 (Np237)

Familia radiactiva 4n+2 (U238)

Familia radiactiva 4n+3 (U235)

Forces al nucli de l’àtom

Ernest Rutherford

• Brightwater, Nova Zelanda 1871 -Cambridge, Anglaterra1937

• Premi Nobel de Química l'any 1908

Experiment de Rutherford (1)

• M microscopi• E làmina d’or• F font de Po214

Experiment de Rutherford (2)

Experiment de Rutherford (2)

Experiment de Rutherford (3)

Model atòmic de Rutherford (1)

Tamanys del nucli i de l’àtom

Model atòmic de Rutherford (2)

Punt feble del model de Rutherford

Estructura de l’àtom

Nombres atòmic, Z, i màssic, A

• Z és el nombre de protons que hi ha al nuclide l’àtom. També és el nombre d’electrons que hi ha a l’envolcall d’un àtom neutre

• A, nombre màssic, és el nombre enter més aproximat a la massa atòmica.

• N, és el nombre de neutrons que hi ha al nucli.

• N = A - Z

Símbol d’un element

Àtom d’heli

Isòtops de l’hidrogen (1)

Isòtops de l’hidrogen (2)

• 1H o hidrogen-1 : hidrogen amb un protó i cap neutró, Z=1, A=1, també anomenat proti.

• 2H o hidrogen-2 : hidrogen amb un protó i un neutró, Z=1, A=2, també anomenat deuteri.

• 3H o hidrogen-3: hidrogen amb un protó i dos neutrons, Z=1, A=3, també anomenat triti.

Espectròmetre de masses

Isòtops de l’urani

L'urani natural està format per tres tipus d'isòtops:• urani 238 (238U), (99,28 % de la massa)• urani 235 (235U), (0,71% de la massa) i• urani 234 (234U), (0,005 % de la massa)

La relació Urani 238/Urani 235 és constant a tota la Terra i a la resta dels planetes del sistema solar.

Longitud d’ona

Un prisma descomposa la llum

Espectre continu

Longitud d’ona i freqüència

c velocitat de propagació

λ longitud d’ona

ν freqüència

Ones electromagnètiques

Espectre electromagnètic

Espectres d’emissió

El cos negre

Max Planck• (23 /IV/1858 - 4 /X/1947)• Físic alemany considerat l’

inventor de la teoria quàntica.

• Premi Nobel de Física (1918)

La teoria de Planck• Hipòtesi de la quantificació de l‘energia.• Segons Planck, l‘energia no és una magnitud continua, sino

discreta.• Només pot agafar uns determinats valors d’enegia, que

estan fixats i són invariables, múltiples d'un valor anomenat quantum de llum, o fotó.

• E=hν• h és la constant de Planck o quàntum d'acció (6,62·10-34J.s) • E és l'energia de la radiació (emesa o absorbida) • υ (lletra grega, pronunciada nu) es la frequència de la

radiació emesa o absorbida.

Un instrument quàntic

Un instrument no quàntic

Efecte fotoelèctric (1)

Efecte fotoelèctric (2)

Efecte fotoelèctric (2)

Niels Bohr

- 7 d’octubre de 1885Copenhague, Dk

- 18 de novembre de 1962, Copenhague, Dk

- Premi Nobel de Física 1922

Postulats de Bohr

• Primer postulat: L'electró gira al voltant del nucli en òrbites circulars ben definides sense emetre energia ni absorvir-ne.

• Segon postulat: Només són permeses aquelles òrbites circulars l'energia de les quals té uns certs valors quantitzats.

• Tercer postulat: El pas d'un electró d'una òrbita a una altra provoca una emissió o absorció d'energia d'acord amb la diferència d'energia entre els dos nivells energètics.

1r postulat de Bohr

2n postulat de Bohr

3r postulat de Bohr

Espectre d’emissió de l’hidrogen

Espectre de l’H (1)

Espectre de l’H (2)

Espectres d’emissió i d’absorció

Espectre d’emissió del Fe

Físsió nuclear

Estructura electrònica

1 Ampliació de la teoria de Bohr

Efecte fotoelèctric (1)

Efecte fotoelèctric (2)

Efecte fotoelèctric (3)

1r postulat de Bohr

• Primer postulat: L'electró gira al voltant del nucli en òrbites circulars ben definides sense emetre energia ni absorvir-ne

2n postulat de Bohr

• Sólament són possibles órbites en les que:m.v.r = n.h/2π

on:m massa de l’electróv velocitat de l’electrór radi de l’órbita

3r postulat de Bohr

L’àtom de Na

Espectre del sodi

Arnold Sommerfeld

• Königsberg, (5 dediciembre de 1868)

• -Munich, (26 de abrilde 1951)

Model de Sommerfeld

Estructura tridimensional de l’àtom

Espí de l’electró (spin)

Nombres quàntics (1)

• Nombre quàntic principal (n= 1,2,3,...). Depennomés de la distància del electró al nucli.

• Nombre quàntic azimutal (l = 0,1,...,n-1).• Nombre quàntic magnètic (ml = -l, -l+1,..,0,...,

l-1, 1). • Nombre quàntic d'espí (ms= -1/2 o +1/2)

Nombres quàntics (2)

Nombrequàntic

Nom Valors possibles

Significat en l'orbital

n Principal 1,2,3,... Nivell energètic

l Secundari oazimutal

0,... (n-1) Subnivellenergètic

ml Magnètic -l,...,0,...,+l Orientació a l'espai

s de spin -1/2 o +1/2 Rotació

Wolfgang Ernst Pauli

• Viena, Àustria 1900Zurich, Suïssa 1958

• Premi Nobel de Físical'any 1945.

Principi d’exclusió de Pauli

No pot haver dos electrons en un mateix àtom amb els quatre valors dels nombresquàntics iguals

Werner Karl Heisenberg

• Würzburg, 1901• Mònaco 1976

Principi d'incertesa d'Heisemberg(1927)

• És impossible conèixer simultàniament i amb precisió, la posició i velocitat d’una partícula.

Principi d’incertesa d’Heisemberg

Louis-Victor de Broglie

• 15 d’agost de 1892Dieppe, França

• 19 de març de 1987París, França

• Premi Nobel de Física1929

Longitud d’ona de Broglie (1)

λ longitud d’onaassociada a una partícula

h constant de Planckp moment lineal de la

partícula

Longitud d’ona de Broglie (2)

λ longitud d’onaassociada a una partícula

h constant de Planckm massa de la partículav velocitat de la partícula

Ona associada a un cotxe (publicitat)

Doble realitat

Pot un cos travessar un mur?

Problema 1

• L’alumne de Química de 2n M.O.A., de 50 kg, va pel carrer a una velocitat de 6,62 m/s. Calcula la longitud d’ona associada:

λ = h/(m.v) = 6,62·10-34 J.s /(50 kg.6,62 m/s) == 2 ·10-36 mConclusió: com que queda fora del’espectre

electromagnètic sólament es pot veure el corpuscle

Especte electromagnètic (P 1)

Problema 2

• Un electró, de massa 9,1·10 -31 kg es mou a una velocitat de 106 m/s. Calcula la longitud d’ona associada:

λ = h/(m.v) = 6,62·10-34 J.s /(9,1·10 -31 kg. 106

m/s) == 7,3 ·10-9 m = 7,3 nmConclusió: Aquesta longitud d’ona correspon

als raigs X

Especte electromagnètic (P 2)

Microscopi electrònic

Ones estacionàries

Ones de Broglie estacionàries

Aquesta ona no és possible

Aquesta ona sí és possible

Ones estacionàries a l’àtom d’H

Àtom de Bohr segons el dualisme ona-corpuscle i la indeterminació

Déu no juga als daus

Orbitals s

Orbitals s

Orbitals p

Orbitals p

Orbitals d

Orbitals d

Model de l’àtom de sodi

Ordre en que es van omplint els orbitals (1)

Ordre en que es van omplint els orbitals (2)

Dmitriy Ivanovich Mendeleyev

• 8 de febrer de 1834 a Tobolsk

• 2 de febrer de 1907 a Sant Petersburg

Taula periòdica

Estructura deLewis i T.P.

Elements dels grups s

Elements dels grups p

Blocs de la Taula Periòdica

Informació ala quadres

Omplint la T.P. (1)

Principi de màxima multiplicitat

Omplint la T.P. (2)

Omplint la T.P. (3)

1a Energia de ionització

Propietats periòdiques

Metalls i no metalls

Linus Carl Pauling

• Portland, EUA,1901• Big Sur, 1994• Premi Nobel Química 1954• Premi Nobel de la Pau 1962

El gat de Schrödinger

Enllaç químic1 Enllaç metàl·lic 2 Enllaç iònic3 Enllaç covalent

3.1 Estructures de Lewis3.2 Geometria de les molècules

Estructures de Lewis• Li 1s2 2s1

• Be 1s2 2s2

• B 1s2 2s2 2p1

• C 1s2 2s2 2p2

• N 1s2 2s2 2p3

• O 1s2 2s2 2p4

• F 1s2 2s2 2p5

• Ne 1s2 2s2 2p6

Tipus d’enllaç químic 1

Tipus d’enllaç químic 2

• Metàl·lic. Entre àtoms de metalls• Iònic. Entre àtoms d’un metall i

àtoms d’un no metall• Covalent Entre àtoms de no metalls

Enllaç metàl·licElectrons de valència compartits per tots els àtoms

Enllaç iònic (1)

• Es forma entre un element amb molta electroafinitat (no metall) i un altre amb potencial de ionització baix (metall)

• Per exemple entre el Cl (no metall) i el Na (metall)

Enllaç iònic (2)

• L’àtom de Cl cedeix un electró a l’àtom de Na

Enllaç iònic (3)

• El Na, en perdre un electró, es transforma en ió Na+

• El Cl, en guanyar un electró, es transforma en ió Cl-

Enllaç iònic (4)

Formació d’un cristall de NaCl

Dissolució del NaCl en aigua

Cristall de AgF

Enllaç covalent (1)Els àtoms comparteixen electrons

Enllaç covalent (2)Descripció amb la notació de Lewis

Enllaç covalent (3)Parells d’elentrons enllaçants i parells solitaris

Enllaç covalent (4)

Com obtenir estructures de Lewis

1 Dibuixar un esquelet simètric.2 Calcular N, nombre d’electrons de valència

necessaris per tal que la molècula tingui configuració de gas noble.

3 Calcular A, nombre d’electrons disponibles.4 Calcular S, nombre d’electrons compartits.5 Calcular el nombre d’enllaços, = S/2

Estructura de Lewis de Cl2

Electrons de valencia de l’àtom de Cl = 7N = 16 A = 14S = 16 –14 = 2 Enllaços = 2/2 = 1

Estructura de Lewis de N2

Electrons de valencia de l’àtom de N = 5N = 16 A = 10S = 16 –10 = 6 Enllaços = 6/2 = 3

Estructura de Lewis de CO2

Electrons de valencia de l’àtom de C = 4Electrons de valencia de l’àtom d’O = 6N = 3 x 8 = 24 A = 4 + 6 + 6 = 16S = 24 –16 = 8 Enllaços = 8/2 = 4

Estructura de Lewis de l’HClElectrons de valencia de l’atom de Cl = 7Electrons de valencia de l’atom d’H = 1 (Ull!!, doblet)N = 2 + 8 = 10 A = 1 + 7 = 8S = 10 – 8 = 2 Enllaços = 2/2 = 1

Estructura de Lewis del CH4

Element Estructura electrònica

Electrons de valència

Capacitat de la capa de valència

C 1s2 2s2 2p2 4 8

H 1s1 1 2

Electrons de valència disponibles: 4 + 1.4 = 8 A

Capacitat de la capa de valència: 8 + 2.4 = 16 N

Electrons compartits: 16 - 8 = 8 S = N - A

Enllaços: 4 S/2

Estructura de Lewis del CH4

Estructura de Lewis del NH3

Element Estructura electrònica

Electrons de valència

Capacitat de la capa de valència

N 1s2 2s2 2p3 5 8

H 1s1 1 2

Electrons de valència disponibles: 5 + 1.3 = 8 A

Capacitat de la capa de valència: 8 + 2.3 = 14 N

Electrons compartits: 14 - 8 = 6 S = N - A

Enllaços: 3 S/2

Estructura de Lewis del NH3

Estructura de Lewis del HCN

Estructura de Lewis del C2H4

Enllaç covalent datiu

Excepcions de la regla de l’octetManca d’electrons (BF3)

Excepcions de la regla de l’octetManca d’electrons (BeCl2)

Excepcions de la regla de l’octetManca d’electrons (AlCl3)

Expansió de l’octet (PCl5)

Expansió de l’octet (SF6)

Excepcions de la regla de l’octetElectrons imparells

Resonància

Molècula lineal

Molècula lineal

Molècula trigonal plana

Molècula trigonal plana

Molècula tetragonal

Molècula tetragonal

Molècula octaèdrica

Molècula octaèdrica

Molècula bipiràmide trigonal

Molècula bipiràmide trigonal

Polaritat de les molècules 1

• Els elements que formen la molècula tenen diferent electronegativitat

• Un d’ells acumula més densitat de càrrega que l’altre. Es formen pols. La molècula és polar.

Polaritat de les molècules 2

• Però aquestes els pols, en algunes molècules, es poden compensar i la molècula no és polar.

• Per comprovar-ho, mirem si el centre dels pols positius i els negatius coincideixen.

L’aigua és polar 1

L’aigua és polar 2

L’aigua és polar 3

L’aigua és polar 4

Forma de les molècules 1

Forma de les molècules 2

Forma de les molècules 3

Xarxa covalent del diamant

Xarxa covalent del diamant

Xarxa covalent del grafit

Xarxa covalent del quars

Xarxa covalent del quars