Estructura de la materia

Estructura electrnica de los tomosBibliografa principal:Whitten, Davis. Qumica octava edicinTEORA CUNTICA Y LA ESTRUCTURA ELECTRNICA DE LOS TOMOSEl comportamiento de los tomos no se parece en nada a lo que se conoce en el mundo macroscpico. Esto llev a los cientficos a desarrollar una nueva rama de la fsica, a la que denominaron TEORA CUNTICA, para explicar el comportamiento de estas partculas submicroscpicas.La teora cuntica permite predecir y entender el papel que los electrones desempean en la qumica. Estudiar a los tomos significa plantear las siguientes preguntas:

Cuntos electrones hay en un tomo?Qu energa tienen los electrones individuales?En qu parte del tomo se pueden encontrar a los electrones?

La naturaleza ondulatoria de la luzGran parte del conocimiento actual de la estructura electrnica del tomo provino del anlisis de la luz que absorben o emiten las sustancias.Radiacin electromagntica (REM) La radiacin electromagntica o energa radiante es una clase de energa que se transmite por el espacio a enormes velocidades. Adopta muchas formas, siendo fcilmente reconocible la luz visible. Otras menos evidentes son la radiacin gamma, de rayos X, UV, de microondas y de radiofrecuencia.

REMLa radiacin electromagntica se representa adecuadamente como una combinacin de un campo elctrico y otro magntico, con oscilaciones sinusoidales ortogonales entre s y respecto a la direccin de la propagacin.

La luz como onda: longitud de onda (lambda): distancia entre dos puntos contiguos idnticos.: frecuencia (nu, 1/s): nmero de crestas de ondas que pasan por un punto dado por unidad de tiempo.

. = cc : velocidad de la luz en el vaco.c = 2,99792458 108 m/s

Espectro electromagntico La radiacin electromagntica recibe diferentes nombres de acuerdo a su longitud de onda. Vara desde los energticos rayos gamma (con del orden de picmetros) hasta las ondas de radio (con del orden de kilmetros), pasando por la luz visible (con en el rango de las dcimas de micrmetro). El rango completo de longitudes de onda es lo que se denomina el espectro electromagntico.

Espectro electromagntico

Espectro Electromagntico11ENERGA CUANTIZADA Y FOTONESEl modelo ondulatorio de la luz no puede explicar varios fenmenos:1. Emisin de luz que proviene de cuerpos calientes (radiacin del cuerpo negro).2. Emisin de electrones provenientes de metales en los que incide la luz (efecto fotoelctrico).3. Emisin de luz de tomos de gas electrnicamente excitados (espectros de emisin).Limitaciones del modelo de RuthefordNo responde a preguntas como:porqu elementos diferentes tienen diferentes propiedades fsicas y qumicas?porqu los tomos de elementos diferentes emiten luz de colores caractersticos?porqu ocurren los enlaces qumicos?Interaccin entre la materia y la energa Las ideas de la distribucin de los electrones en los tomos evolucion a partir del estudio de los espectros de emisin, cuando los tomos se excitan por medios elctricos o trmicos.La radiacin producida por la excitacin pasa a travs de un prisma refractor de donde salen lneas brillantes que se imprimen en una placa fotogrfica.Max Planck (1900)En ciertas condiciones, es posible describir a la luz considerando que se compone de partculas o fotones. Cada fotn posee una cantidad especfica de energa (un cuanto).La cantidad de energa que contiene depende de la frecuencia.E = h o E = h c/Constante de Planck h = 6,626 x 1034 J sY la energa total emitida ser por tanto un mltiplo de esta cantidad: E = n h

n es un nmero entero lo cual significa que la energa es un mltiplo de la cantidad de energa mnima (h x ).Premio Nobel 1918.

Efecto fotoelctricoGeneracin de una corriente elctrica por la irradiacin de un metal (ctodo) con luz.

Un aparato para determinar el efecto fotoelctrico. La luz de cierta frecuencia cae sobre la superficie limpia de un metal. Los electrones liberados son atrados hacia el electrodo positivo. El flujo de electrones se registra por un medidor.17Dos hechos observables que no se podan explicar con la teora ondulatoria clsica:- La capacidad para emitir electrones no depende de la intensidad de la radiacin sino nicamente de su frecuencia , la frecuencia de la radiacin debe exceder un valor umbral caracterstico de cada metal.- La cantidad de electricidad transportada no depende de la frecuencia, sino de la brillantez del haz incidente.

Efecto fotoelctricoUn haz muy luminoso de baja frecuencia puede no producir ionizacin, mientras que uno mucho menos luminoso pero de mayor frecuencia, si.

http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/fisicaInteractiva/Ef_Fotoelectrico/TeoriaEF.htmLa luz es una onda o consiste en un flujo de partculas?Tiene un comportamiento dual al igual que la materia.Albert EinsteinExplic el efecto fotoelctrico en 1905 basado en la teora de Planck.Cada fotn puede transferir su energa a un electrn durante una colisin.Si esa energa es igual o mayor que la cantidad necesaria para liberar al electrn, ste puede escapar para unirse a la corriente fotoelctrica (Premio Nobel fsica 1921).

Espectros atmicos y tomo de BohrLos slidos, lquidos (rojo candente o blanco candente) y los gases a alta presin incandescentes generan espectros continuos.En cambio, si se hace pasar una corriente elctrica a travs de un gas en un tubo al vaco a presin muy baja, la luz que emite el gas se puede dispersar en un prisma y se obtiene un espectro de lneas ntidas brillantes.

Espectros de lneasEspectro de emisin: Luz que emite un gas a muy baja presin cuando se le hace pasar una corriente elctrica y se dispersa en un prisma en lneas ntidas distintas (espectro de lneas brillantes). Cuando se produce una descarga elctrica en presencia de un elemento en estado gaseoso, algunos de sus tomos se excitan y emiten luz cuando vuelven al estado fundamental. Por lo tanto, los espectros de emisin dan informacin sobre los estados electrnicos de los tomos.Espectro de absorcin: Se hace pasar un haz de luz blanca a travs de un gas. Se absorben algunas longitudes de onda.Un tomo de cada elemento exhibe su propia serie caracterstica de lneas en sus espectros de emisin y absorcin.

Espectro de emisinwww.puc.cl/sw_educ/qda1106/ CAP2/2B/2B1/

Espectro de absorcin Ed. ECIR Qumica 2 BachilleratoEspectro de emisin del hidrgenoCuando se hace pasar una corriente elctrica a travs de hidrgeno gaseoso a presin muy baja, se produce un espectro con varias series de lneas. Balmer y Rydberd demostraron que las longitudes de onda de las lneas del espectro de hidrgeno pueden relacionarse mediante la ecuacin matemtica:R: constante de Rydbergn: enteros positivos n1