Tema 1 Estructura atómica Flashcards
Explica la radiación de cuerpo negro, porque no se podía explicar originalmente y quien la consiguió explicar.
Se llama radiación de cuerpo negro a la radiación electromagnética emitica por un cuerpo a muy altas temperaturas (incandescente). Cuando se estudiaban los espectros emitidos por estos cuerpos se observa una gran cantidad de longitudes de onda, lo que para la época (finales del siglo XIX) resultaba inexplicable, pues las teorías existeentes no podían explicar la liberación de tantas radiaciones (con distintas energías).
Finalmente Max Planck sería capaz de explicar este tipo de radiación en el año 1900 en la conocida como hipótesis de Planck
Explica la hipótesis de Planck
La hipótesis de Planck, publicada en 1900 por Max Planck, explicaba el fenomeno de la radiación de cuerpo negro.
Esta hipótesis explica que el espectro producido por la radiación de cuerpo negro es el resultado de que los distintos átomos que forman el cuerpo liberen energía (la que tenían en exceso debido a las altas temperaturas a las que estaban sometidas) en forma de radiaciones electromagnéticas con ligeras variaciones en la energía liberada entre los distintos átomos, lo que formaba los espectros con tanta cantidad de longitudes.
Además llegó a la conclusión de que la energía que contenían las radiaciones liberadas eran proporcionales a la frecuencia de estas radiaciones, lo que resumió en la conocida como ecuación de Planck: E = h * f. Donde E es la energía de la radiación, h la constante de Planck y f la frecuencia de la radiación.
Di que es el efecto fotoeléctrico y sus características
El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones por parte de una superficie de metal que sucede cuando una radiación (como la luz) incide sobre ella.
El efecto fotoeléctrico tiene 3 características:
* Para que se emitan los electrones, la radiación incidente debe de tener una frecuencia mayor a la frecuencia umbral del metal. La frecuencia umbral es la frecuencia mínima con la que un metal emite electrones y esta varia en función del metal.
* La velocidad de los electrones emitidos solo depende de la frecuencia de la radiación incidente y no de su intensidad (la cantidad de radiación); de esta depende el número de electrones emitidos.
* No existe tiempo de retraso entre que incide la radiación y la emisión de electrones
Datos extra: Este fenómeno fue descubierto en 1888 por Heinrich Hertz.
Di la explicación de Einstein al efecto fotoeléctrico y explica las características del efecto en base a ella
Albert Einstein propuso que la luz está formada por una partícula llamada foton, cuya energía viene dada por la ecuación de Planck (E = h * f).
Con esta teoría se explican las tres características del efecto fotoeléctrico:
* Para extraer los electrones hace falta una frecuencia mínima, ya que el foton necesita tener una energía mínima para poder librar a un electrón de la interacción del núcleo.
* Cada foton solo puede arrancar a un único electron, por lo que la intensidad solo afecta en la cantidad de electrones liberados, mientras que la energía del foton (que es proporcional a su frecuencia) afecta a que tan rápido se liberen los electrones.
* No hay tiempo de retraso entre que incide la radiación y la emisión de electrones, ya que la energía de la radiación esta presentada en paquetes de energía (los fotones), por lo que la energía se transfiere instantaneamente, es decir que no se da de forma prolongada (que es lo que haría una onda)
Explica que son los espectros y dí los tipos
Un espectro es el conjunto de todas las longitudes de onda que forman una radiación electromagnética.
Existen dos tipos:
* Los espectro continuos en los que no falta ninguna longitud de onda entre la más baja y la más alta.
* Los discontinuos en los que hay longitudes de onda faltante entre la más baja y más alta.
Los espectros discontinuos pueden ser de dos tipos: los espectros de emisión y de absorción.
Explica los espectros de emisión y absorción y la relación que hay entre ellos
Un espectro de emisión es el conjunto de longitudes de onda que tiene la radiación electromagnética emitida por un cuerpo. Una manera de obtener este espectro es sometiendo a un gas a baja presión y temperatura a una descarga eléctrica para luego recoger la radiación que libere.
Un espectro de absorción es el conjunto de longitudes de onda de un espectro continua que no han sido absorbidas al pasar por un cuerpo. Una manera de obtenerlo es haciendo pasar la radiación emitida por un cuerpo incandescente a traves de un gas para luego recoger la radiación que pasa.
La relación que tienen es que al juntar las bandas (intervalos) de los espectros de emisión y absorción de un compuesto nos da un espectro continuo
¿Qué es y para qué sirve la ecuación de Rydberg?
La ecuación de Rydberg es una ecuación que predice las longitudes de onda de los espectro de emisión de los átomos hidrogenoides (átomos con un solo electrón) y su fórmula es: 1/λ = R (1/n²₁ + 1/n²₂), donde λ es la longitud de onda, R es la constante de Rydberg, n₁ es el número cuantico principal inicial y n₂ es el número cuantico principal final
Datos extra: n₁ y n₂ no tenían explicación (no se sabían que eran) antes del modelo de Bohr, sólo se sabía que eran números naturales
Explica el experimento y modelo atómico de Rutherford
En 1911 Ernest Rutherford realizó un experimento en el que bombardeo con partículas alfa (nucleos de helio) una lámina de oro. Alrededor de esta lámina había detectores para saber donde impactaban las partículas alfa. Con este experimento vió que la mayoría de partículas siguieron rectas, otra buena cantidad se desvió ligeramente, una pequeña parte se desvió mucho y unas pocas rebotaban.
Con esto enuncio un modelo con cuatro postulados principales:
* La mayor parte del átomo está vacio.
* El átomo tiene un núcleo que contiene toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.
* Teoríza la existencia de partículas de carga neutra que se encuentran en el núcleo que evitaría la repulsión entre los protones.
* Los electrones se encuentran orbitando alrededor del núcleo para que su giro compense la fuerza electrostática de atracción con los protones.
Explica las limitaciones de la teoría de Rutherford
Son 2
La teoría de Rutherford tenía dos limitaciones principales:
* Postulaba que los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo, pero según la teoría electromagnética esto ocasionaría que el electrón emitiera energía en forma de ondas electromagnéticas. Por lo tanto con el tiempo la energía del electrón disminuiría hasta que perdiera toda su velocidad y cayera hacia el núcleo, lo que no ocurre.
* El modelo no es capaz de explicar las bandas discontinuas de absorción o emisión de los espectros atómicos. Para Rutherford, la energía de los electrones podía tomar cualquier valor en el átomo.
Explica el modelo atómico de Bohr
En 1913 Bohr creó un nuevo modelo atómico. Este modelo se aprovecha en gran medida en el modelo de Rutherford (el átomo está practicamente vacio, tiene un núcleo con toda la carga positiva y casi toda la masa en el cual se encuentran los protones y neutrones, además alrededor del núcleo orbitan los electrones), aunque haciendo correciones.
El modelo de Bohr se basa en tres postulados:
* El primer postulado dice que los los electrones orbitan alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía.
* El segundo postulado dice que solo son posibles las órbitas en las que el momento angular del electrón es un multiplo entero de h/2π. (m * v * r = n * h/2π, donde n es un númeto entero).
* El tercer postulado dice que los electrones pueden absorber o liberar energía para cambiar de órbita, absorber para moverse a una órbita más lejana (de más energía) y liberar para moverse a una órbita más cercana (de menos energía). Esta energía está en forma de un fotón y se le llaman cuantos. La energía del fotón emitido o absorbido viene dada por la ecuación de Planck. (Energía final - Energía inicial = h * f).
Explica los aciertos del modelo de Bohr
Los logros principales del modelo de Bohr fueron que solucionó los problemas del modelo de Rutherford, ya que propuso que los electrones orbitaban sin perder energía (aunque no lo llegó a explicar) y pudo explicar de donde provienen los espectros de emisión y absorción.
Pudo explicar los espectros de emsión de absorción al decir que son el resultado de la absorción o liberación de energía con el objetivo de cambiar de órbita, además de que a partir de sus postulados es posible hallar la ecuación de Rydberg.
Además con el segundo y tercer postulado podemos llegar a la conclusión de que la energía del electrón está cuantizada, (es decir que no puede tener cualquier cantidad de energía). Además de que hace falta liberar o absorber cuantos (paquetes de energía en forma de fotón) para los cambios de órbita, lo que explica que los espectros de emisión y absorción no sean espectros continuos
Explica las limitaciones del modelo de Borh y como las solventó Sommerfield
Son 3
El modelo de Bohr tenía tres limitaciones principales:
* El modelo solo era capaz de explicar los espectros de emisión y absorción de los átomos hidrogenoides (átomos con un único electrón).
* Cuando se mejoraron los sistemas de espectrometría se descubrieron más bandas (algunas de ellas desdobladas) que el modelo no era capaz de explicar, incluso en los hidrogenoides.
* Se descubrió que los espectros de emisión y absorción de átomos sometidos a campos magnéticos intensos tenían bandas desdobladas. A este fenómeno se conoció como efecto Zeeman.
En 1916 Sommerfield realizó varias reformas en el sistema de Bohr para solucionar estos problemas teorizó la existencia de tres nuevos números cuánticos:
* El número cuántico secundario (representado con L minúscula), con el que explica que pueden existir órbitas elípticas aparte de las circulares, por lo que explica muchos estados de energía del electrón (que dan lugar a nuevas bandas).
* El número cuántico magnético (m), que explica los sentidos de giro que puede tener la órbita, lo que explica el efecto Zeeman.
* El número cuántico espín, con el que se explica el sentido de giro de los electrones, lo que daba lugar a las líneas desdobladas muy juntas (lo que da lugar a un efecto Zeeman interno).
Explica la dualidad de onda-corpúsculo
En 1923 Louis de Broglie hipotetizó que los electrones se podían comportar como onda, aparte de como partícula, como onda. Además dedujo que la longitud de onda asociada al electrón vendría dada por la ecuación: λ = h/(m * v), siendo m y v la masa y velocidad del electrón.
Dato extra: la ecuación de Louis de Broglie es aplicable a cualquier cuerpo, sin embargo los objetos macroscópicos tienen relativamente tanta masa que su comportamiento como onda es inapreciable. Esta hipótesis se probó experimentalmente con experimentos que sucedieron en 1927.
¿Qué dice el principio de incertidumbre de Heisenberg?
El principio de incertidumbre de Heisenberg dice que es imposible conocer al mismo tiempo el momento lineal (p = m * v) y la posición (x) de una partícula en movimiento, pues cuanto más se conozca una, más error habrá en conocer la otra. Siendo el producto del error de cada una: Δp * Δx ≥ h/4π.
Dato extra: debido a este principio sabemos que es imposible conocer la trayectoria de una partícula, por lo que la teoría de Bohr-Sommerfield debe de ser incorrecta.
Explica porqué se descartó el modelo de Bohr-Sommerfield
El modelo de Bohr-Sommerfield se descarto debido al surgimiento de dos ideas: la dualidad onda-corpúsculo y el principio de incertidumbre de Heisenberg. Ambas ideas contradecían a este modelo:
* La dualidad onda-corpúsculo decía que los electrones también eran ondas, sin embargo esto no se nombraba en el modelo aparte de que esto daba implicaciones que lo contradecían como que los electrones podrían estar en varios lugares a la vez.
* El principio de incertidumbre de Heisenberg contradecía completamente la teoría, ya que decía que era imposible determinar la trayectoria de una partícula
