el Átomo de bohr - ubiobio.cl
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EL ÁTOMO DE BOHRProf. Carlos Ríos Morales
sábado, 22 de junio de 13
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Dispersión de la luz
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Espectros
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ELEMENTO MÁS ABUNDANTE(y estudiado) en el Universo.
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Espectro de hidrógeno
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Formula de Rydberg-Ritz
1
�= R
1
n2f
� 1
n2i
!
R = 1, 096776 · 107[m�1]Constante de Rydberg
Expresa las longitudes de onda para todas las líneas del esctro del hidrógeno
(empírica)
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1
�= R
1
n2f
� 1
n2i
!
nf = n1 ! Serie de Lyman
nf = n2 ! Serie de Balmer
nf = n3 ! Serie de Paschen
nf = n4 ! Serie de Brackett
nf = n5 ! Serie de Pfund
ni > nf
Series:
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Problema:
1.- Calcular la longitud de onda más larga y más corta de la Serie de Lyman del hidrógeno.
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En 1913 Bohr encontró la explicación a la fórmula empírica de Rydberg.El modelo era de corte planerario, pero a diferencia del planteado por Rutherford, las distancias eran bien definidas. Dichas distancias (capas) fueron etiquetadas por n=1,2,3..., donde n es llamado número cuántico principal.
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“Saltos” discretos del electrón
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Explicación de Bohr a las Series
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Energía en ua órbita circular de un átomo Hidrogenoide
U =Kq1q2
r= �KZe2
r
pero:
KZe2
r2= m
v2
r
) E = �1
2
KZe2
r2
(estabilidad mecánica)
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Postulados de Bohr
1.- El electrón en el átomo se mueve en orbitas dedinidas , no radiante , l lamadas estados estacionarios.
2.- Relación entre frecuencia de radiación emitida y energía de los estados:
f =Ei � Ef
h(conservación de la energía)
) f =Ei � Ef
h=
1
2
KZe2
h
1
r2f� 1
r2i
!
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3.- Momento angular cuantizado:
mvr =nh
2⇡= n~ n = 1, 2, 3...
pero:
KZe2
r2= m
v2
r
) v2 = n2 ~2m2r2
=KZe2
mr
) r = n2 ~2mKZe2
= n2 a0Z
Primer radio de Bohr
a0 = 0, 0529nm
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) f =Ei � Ef
h=
1
2
KZe2
h
1
r2f� 1
r2i
!= Z2mK2e4
4⇡~3
1
n2f
� 1
n2i
!
Si Z=1 R =mK2e4
4⇡c~3
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Recordemos que si un átomo es
Hidrogenoide) E = �1
2
KZe2
r2
¿Cuáles son las energías permitidas del H?, ¿cuál es la energía de su estado fundamental?
E1 = �13, 6eV
) En = �Z2E1
n2
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Se acostumbra a representar los niveles energéticos por:
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Para ondas en una circunferencia, la condición de onda estacionaria es que quepan un número entero de longitudes
de onda en la circunferencia. Esto es con n=1,2,3...
Demostrar que esta condición para las ondas electrónica implica la cuantización dle momento angular.
n� = 2⇡r
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Ecuación de Schrödinger en coordenadas esféricas
z = rcos✓
x = rsen✓cos�
y = rsen✓sen�
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Laplaciano en coordenadas esféricas
r2 =1
r2@
@r
✓r2@
@r
◆+
1
r2
1
sen✓
@
@✓
✓sen✓
@
@✓+
1
sen2✓
@2
@�2
◆�
T: demostar
Separación de variables: (r, ✓,�) = R(r)F (✓)G(�)
Pero: � ~22m
r2 + U = E )??
Ecuación radial, en U(r)
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Para que la función de onda sea contínua y normalizable introduce 3 números cuánticos
n = 1, 2, 3, . . .
l = 0, 1, 2, 3, . . . , n� 1
ml = �l, (�l + 1), . . . ,�2,�1, 0, 1, 2, . . . , (l + 1), l
Número cuántico asociado a:
r
✓
�
Módulo de L L =p
l(l + 1)~
Si la dirección del campo B es z: Lz = ml~¿De la figura qué se puede decir de las direcciones del espacio y cuál es el ángulo más pequeño entre L y z?
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Funciones de onda y densidad de probabilidad
Las soluciones de la ecuación de Schrödinger en coordenadas esféricas están caracterizadas por 3 números cuánticos y se expresan de la forma: nlm
Para el hidrógeno, la energía sólo depende de n y, por lo tanto pueden existir múltiples funciones de onda distintas que corresponden a la misma energía (excepto para n=1 por qué?). Estos niveles energéticos son, por lo tanto, degenerados.
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El estado fundamental
Según Bohr ¿cuál es el valor de L para el estado base?
Desde el punto de vista de Schrödinger:
1,0,0 = C1,0,0e�Zr
a0
Donde C es una constante de normalización que se determina por la condición de
normalización:Z
R3
| |2dv = 1
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Pero: dv = r2sen✓drd✓d�
)Z
R3
| |2dv = 4⇡C21,0,0
✓Z 1
0r2e�2zr/a0dr
◆
Z 1
0x
n
e
�ax
dx =n!
a
n+1Pero:
) C1,0,0 =?
) 1,0,0 =?
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Densidad de probabilidad radial
La (densidad) de probabilidad (radial) de encontar al electrón en un voluen dV es:
P (r) = 4⇡r2| |2
¿Cuál es la densidad de probabilidad radial para el átomo de hidrógeno en el estado fundamental?
T: Calcular P(r) para el primer estado exitado
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ta
DisertacionesTemas a elegir :
1.- Efecto Spín-Órbita y estructura fina.2.- Tabla periódica de los elementos.
3.- Enlace iónico y enlace covalente.4.- Niveles energéticos y espectros de moléculas diatómicas.
5.- Estructura de los sólidos e imágen microscópica de la conducción.6.- Teoría de Banda de Sólidos, Uniones y dispositivos semiconductores.
}17 junio
}19 junio
}21 junio
C2= Átomo de Bohr+Relatividad:26 de junio
(30 minutos por grupo)Presenentación+Informe
[deseable en LaTeX]
sábado, 22 de junio de 13
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