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Estructura del átomo
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1. Introducción
2. Estructura atómica1. La corteza electrónica
2. El núcleo
3. Nomenclatura nuclear
4. Excitación e ionización.
3. Unidades de masa y energía en Física atómica
4. Radiación electromagnética.1. Naturaleza de la radiación electromagnética
2. El fotón.
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1. Introducción
El átomo es la cantidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades químicas.
EL ÁTOMO XA
Z •Toda la materia está constituida por átomos
Los átomos de cada elemento son iguales entre sí, pero distintos de los de otros elementos
Los compuestos químicos se forman por la combinación de los átomos de los distintos elementos
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2. Estructura atómica
ÁtomoCorteza electrónica
NúcleoTamaño núcleo-átomo
¡¡Guisante en un campo de fútbol!!
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2.1 Corteza electrónica.
K
LM
La energía de ligadura de los electrones varía con el radio de la órbita en que se encuentren.
Representación del átomo en su estado fundamental (Mínima energía)
Si los electrones tienen energía suficiente pasan a órbitas más alejadas
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2.2 El núcleo.
ProtónProtón
Neutrón.Neutrón.
El núcleo está formado por Z protones y A-Z neutrones (N). A estas partículas se las conoce como nucleones.
XA
Z
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Hoy sabemos que el átomo es divisible, puesto que está formado por partículas más pequeñas, llamadas
partículas subatómicas.
Estas pueden ser de tres tipos:
Los protones y los neutrones están en el núcleo y los electrones están en continuo
movimiento formando una “corteza” alrededor del núcleo.
ProtonesNeutrones
Electrones
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LOS PROTONES:
• Se encuentran en el núcleo
• Tienen carga eléctrica positiva
• Poseen una masa semejante a la del átomo de hidrógeno
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LOS NEUTRONES:
• Constituyen los núcleos de los átomos junto con los protones.
• No tienen carga eléctrica (son neutros)
• Poseen una masa prácticamente igual a la del protón
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LOS ELECTRONES:
• Poseen una masa 1.840 veces menor que la del átomo más pequeño (el de
hidrógeno)
• Tienen carga eléctrica negativa
• Se están moviendo constantemente alrededor del núcleo siguiendo unas
“órbitas”
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ÁTOMO
Núcleo: Protones Neutrones
Corteza: electrones
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RESUMIENDO:
PARTÍCULA LOCALIZACIÓN MASA CARGA
Protón
Neutrón
Electrón
u.m.a. = unidad de masa atómica (masa de un átomo de hidrógeno)
Núcleo
Núcleo
Corteza
1 u.m.a.
1 u.m.a.
1/1840 u.m.a.
Positiva
No tiene
Negativa
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2.3 Nomenclatura nuclear.
XA
Z
A= número másico = número de neutrones + número de protones.
Z= número atómico = número de protones = número de electrones.
X= Elemento químico
• Las propiedades del elemento químico están fijadas por Z
• Átomos con el mismo Z y distinto A siguen siendo el mismo elemento. Se les conoce como isótopos.
• Átomos con el mismo N (=A-Z) y distinto Z son átomos diferentes. Se les conoce como isótonos.
• Átomos con el mismo A pero distinto N y distinto Z son distintos elementos. Se les conoce como isóbaros.
Isótopos del Hidrógeno.
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2.3 Nomenclatura nuclear.
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Z
N
Para tener en cuenta el número de neutrones se emplea la tabla de nucleidos.
2.3 Nomenclatura nuclear.
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2.4 Excitación e Ionización
Estado fundamental Excitación Átomo excitado Desexcitación
Estado fundamental Átomo ionizadoIonización
++
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Iones: Se forman cuando un átomo neutro gana o pierde electrones de la corteza
• CATIÓN:
• IÓN POSITIVO
• SE FORMA CUANDO EL ÁTOMO NEUTRO PIERDE UNO O MÁS ELECTRONES DE LA CORTEZA
• ANIÓN:
• ION NEGATIVO
• SE FORMA CUANDO EL ÁTOMO NEUTRO GANA UNO O MÉS ELECTRONES
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Formación de un catión
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Formación de un catión
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Pérdida de un electrón
Li0
Li+1
+ 3 (p+) – 3(e)= 0 + 3 (p+) – 2(e)= +1
CATIÓN
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ANIÓN
ganancia de un electrón
+ 9 (p+) – 9(e)= 0 + 9 (p+) - 10(e)= -1
F F0 -
1
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ENLACE IÓNICO
• Los átomos neutros de Na y Cl se convierten en iones
• El Na cede 1 electrón y se convierte en catión, para tener 8 electrones en su capa de valencia
• El Cl capta un electrón y se convierte en anión, para tener 8 electrones en su última capa
• Cómo iones se unen por atracción electroestática
• Forman un enlace iónico
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Enlace covalente
• Los átomos comparten electrones para alcanzar los 8 electrones en la capa de valencia
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ENLACE COVALENTE ENTRE H E H PARA FORMAR H2
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RPRESENTACIÓN DEL ENLACE ENTRE O Y O PARA FORMAR O2
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3. Unidades de masa y energía
Energía
Electronvoltio eV
Kiloelectronvoltio KeV 1000 eV = 103 eV
Megaelectronvoltio MeV 1000000 eV = 106 eV
Gigaelectrovoltio GeV 1000000000 eV = 109 eV
DIMENSIONES
Átomos 10-10 m
Núcleo 10-15 m
1 eV1 eV = energía cinética que adquiere un e, inicialmente en reposo, cuando se le somete a una diferencia de potencial de 1 voltio.
MASA
Neutrón ~ 1,008 u.m.a. =1,675 · 10 -27 kg
Protón ~ 1,007 u.m.a. =1,673 · 10 -27 kg
Electrón 1/1836 u.m.a. = 9,11 · 10 -31 kg
1 u.m.a.1 u.m.a. = Unidad atómica de masa= 1/12 átomo 12C (Carbono con 6 p + 6 n) 1 uma = 1,6606 x 10-27 Kg 1 kg = 1/1,606 x 10-27 uma = 6,22 x 1026 uma
Kilo = 103
Mega = 106
Giga = 109 Fermi = 10-15
Nano = 10-9
Mili = 10-3
Pico = 10-12
Micro = 10-6
El átomo es muy pequeño, por eso necesitamos definir unidades convenientes
Múltiplos
Podemos expresar la masa con unidades de energía empleando las ecuación de Einstein: E = m cE = m c22 donde c = 3 x 108 m/s.
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4. Radiación electromagnéticaRadiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material.
y
Z
X
O
Está formada por dos campos, eléctrico (E) y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares.
= frecuencia= número de oscilaciones por segundo
= longitud de onda= distancia entre dos puntos de la misma fase.
Todas las ondas se caracterizan
por: λλ y νν
La velocidad de propagación en el vacío
de las ondas EM es constante: cc = 3 x 10 = 3 x 1088 m/sm/s
Para todas las ondas EM se cumple la relación:
c = c = λ λ
Espectro EMEspectro EM
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FotónFotón: corpúsculo de energía sin soporte material, equivalente a una energía cinética:
donde h = 6,62 · 10-34 J·s. (Cte de Plank)
4.2 El Fotón
E = h · E = h · vv = h · c/ = h · c/λλ
Los fenómenos físicos asociados a la Radiación EM sólo se pueden explicar si se le asocia una dualidad en el comportamiento:
OndaOnda Partícula o corpúsculo = FOTÓNPartícula o corpúsculo = FOTÓN
♦ El carácter ondulatorio explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción.
♦ El carácter corpuscular explica los fenómenos de interacción con la materia.
Transicionesátomo H
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Serie de Paschen(infrarrojo)
Serie de Pfund
Serie deBrackett
n = 2
n = 3
n = 4
n = 5
0 2 4 6 8
Serie de Lyman
(ultrav ioleta)
Serie de Balmer
n = 1
x 10 cm- 8
Transiciones posibles del e- del hidrógeno.