INSTITUTO TECNOLOGICO DE REYNOSA

EQUIPO: 5

UNIDAD I: TEORIA CUANTICA Y ESTRUCTURA ATOMICA      

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES:

HERNADEZ CHEGUEZ LUIS ENRRIQUE

ROSAS MELGOZA ELIODORO

GUEVARA  RODRIGUEZ JOB

VAZQUEZ DIAZ VIRGINIA IVETT                     

HERNANDEZ ESPINOSA JOSE ANTONIO

LANDEROS REYES RAUL ALBERO

VILLEGAS AVISAI

MATERIA: QUIMICA

CARRERA: ELECTROMECANICA

SEMESTRE: 1

 

1.1              EL ATOMO Y SUS PARTICULAS SUBATOMOCAS

El átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones,  conocidos como nucleones, alrededor  se encuentra una nube de electrones d e carga negativa

En el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.

Cada sustancia química o elemento, además del número atómico  que lo identifica y caracteriza posee un peso atómico y un nombre común. Es decir, cualquier átomo de un elemento que contenga, un solo protón en su núcleo, será identificado como un átomo de hidrógeno (H); si contiene 8 protones el elemento será oxígeno (O), 29 protones el elemento será identificado como cobre (Cu).
Mosley reorganizó el lugar que ocupan los elementos en la Tabla Periódica por su número atómico y no por su peso  como lo había propuesto  Mendeleev. Se  debe a que algunos elementos, como el hidrógeno, se pueden encontrar con diferentes pesos atómicos, en lo que se denomina "isótopos". Esa variación en el peso se debe a que los átomos de los isótopos poseen mayor cantidad de neutrones en su núcleo.

Las partículas subatómicas de las cuales se sabe su existencia son:

·         Bosón

·         Positrón

·         Electrón

·         Protón

·         Fermión

·         Neutrino

·         Hadrón

·         Neutrón

·         Leptó

1.1.1       RAYOS CATODICOS Y ANODICOS

Son corrientes de electrones observados en tubos vacíos es decir de cristal.

Se equipan con dos electrones: cátodo y ánodo; cuando se calienta el cátodo emite una radiación que viaja hacia el ánodo.

Una capa de metal colocada entre los electrones proyecta una sombra en la capa fluorescentes este fenómeno fue estudiado afínales del siglo XIX producidos por los tubos de Geissler. Los   tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de los rayos por William  y los nombro como  tubos de crookes.

Pronto se vio que los rayos son portadores de la electricidad, conocidas como electrones con una carga negativa. Los rayos catódicos se produjeron en los años 1858 y 1859. En 1897 Joseph  John Thompson estudio el comportamiento y los efectos de los rayos. En sus experimentaciones observo que dos electrodos conectados a una gran tención de (20000 a 100000 voltios )se hace el vacío.

Posteriores investigaciones de Milikan, en 1913, Hopper y Labby, en 1941, permitieron obtener el valor de la carga eléctrica que poseen, así como también deducir su masa.   

Los anódicos Conocidos  con el nombre de Canales positivos. Son haces de rayos construidos  por cationes atómicos o moleculares que se desplazan hacia el electrodo negativo en un tubo de crookes. Fueron observados por Eugen  Goldstein en 1886.

Los  rayos se forman cuando los electrones van desde el cátodo (-) hacia el ánodo (+). Esta formación de cátodo y ánodo pueden ser llamada como diodo ya que presentan electrodos positivos  y negativo

1.1.2 LA RADIACTIVIDAD

Es  un fenómeno químico-físico por el cual algunos cuerpos o elementos quimicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad,  Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos x o rayos gamma.

La radiactividad ioniza el medio que atraviesa. Una excepción lo constituye el neutrón, no posee carga, pero ioniza la materia  en forma indirecta. En las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de radiación: alfa, beta, gamma y neutrones.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables”, se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, para alcanzar su estado fundamental deben perder energía. Puede ser Natural, artificial o inducida.

Causa de la radiactividad

 Cuando el número de neutrones es excesivo o demasiado pequeño respecto al número de protones, se hace más difícil que la fuerza nuclear  pueda mantenerlos unidos. el desequilibrio se corrige mediante la liberación  de neutrones o protones, en forma de partículas a  núcleos de helio y β, pueden ser electrones  o positrones.

Los efectos a la salud son complejos. Dependen de la dosis absorbida por el organismo. No  todas las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica cada radiación absorbida por un coeficiente de pondero. Esto se llama equivalente. La radiación alfa o beta es relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo. En cambio, es peligrosa cuando se inhala. Las gammas son siempre dañinas, se neutralizan con dificultad.

 

 

 

 

1.2 BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORIA CUANTICA

¿Cómo pueden encontrarse los electrones en los átomos de forma que absorban y emitan energía como cuantos?. Para resolver esta pregunta, Bohr sugirió que los electrones deben hallarse en órbitas de cierto tamaño, moviéndose a cierta velocidad. Entonces, los electrones deben tener cierta energía. Si el electrón absorbe energía, se moverá en un orbital de mayor energía y más alejada del núcleo. Si pierde energía, el electrón se moverá en otra órbita más cercana al núcleo. La teoría cuántica indujo la idea de que los electrones en las orbitas, tienen una cantidad de energía (se dice que los electrones se encuentran en ciertos niveles de energía). Bohr aplico estas ideas al átomo de hidrógeno y calculo matemáticamente cual sería la frecuencia de la radiación emitida por el hidrógeno, desafortunadamente, esa teoría no funciono también con elementos cuyos átomos son más complejos que los del hidrógeno. Como resultado del trabajo teórico y experimental, se ha llegado a desarrollar una representación de la estructura atómica, que explica en forma satisfactoria los fenómenos químicos. Más que describir al electrón como si se encontrase en un orbital perfectamente definido, la nueva teoría cuántica sugiere que existen en regiones que se conocen como capas. Cada capa tiene la capacidad para contener a más de un electrón, aun cuando existe un límite superior, dependiendo de la capa que sé este considerando. A diferencia de la órbita, una capa tiene una ubicación menos definida alrededor del núcleo.

1.2.1 TEORIA ONDULATORIA DE LA LUZ  

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda o partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica

A finales del siglo pasado, la naturaleza ondulatoria de la luz era una suposición aceptada y consistente. Suficientemente probada por los fenómenos. Esta teoría desarrollada por Christian Huygens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los eléctricos variables generan magnéticos (ley de Ampere) y los magnéticos  generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se auto propaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente ondas electromagnéticas.

 

Vista lateral (izquierda) de una onda electromagnética a lo largo de un instante y  frontal (derecha) de la misma en un momento determinado. De color rojo se representa el campo magnético y de azul el eléctrico.

 

 1.2.2RADIACION DE CUERPO NEGRO Y TEORIA DE PLANK

Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él.  Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través de él. A pesar de su nombre, esto emite luz y constituye un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. Cuando una luz emitida en un cuerpo negro se denomina como radiación.

Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. 

De acuerdo con la teoría de Planck, se dice que: La intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro con una temperatura T.

Matemáticamente se expresa como:

Donde   es la cantidad de energía por unidad de área, unidad de tiempo y unidad de ángulo sólido emitida en el rango de frecuencias entre   y  .En la siguiente grafica se representa la ley de Planck para cuerpos a diferentes temperaturas

 

1.2.3 EL EFECTO FOTOELECTRICO

Consiste  en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre una radiación electromagnética.

Fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta por dos electrones conectados de alta tensión, alcanza distancias mayores iluminando con luz ultravioleta  cuando se deja en la obscuridad. Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos x  indica que los fotones luminosos pueden transferir energía a los electrones. Los rayos x no se sabía  su radiación de su la incógnita “x”.

En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y este último tiene más energía que la función trabajo, el electrón es arrancado del material, si la energía del fotón es demasiada baja, no puede escapar de la superficie del material. La energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz, si no de la energía de los fotones.

Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizamos el método derivado por Einstein  es necesario plantear las ecuaciones.

Energía de un fotón absoluto = energía necesaria para liberar 1 electrón  + energía cinética del electrón emitido.

Algebraicamente:

Que puede también escribirse como:

Donde h es la constante  de Planck  f₀ es la frecuencia de corte o la frecuencia mínima de los fotones. Para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico. Φ es la función trabajo, o mínima energía necesaria  para llevar un electrón de nivel de Fermi  al exterior del material. E_k es la máxima energía cinética de los electrones. El efecto fotoeléctrico es la base de  producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. Se utiliza  para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las grandes centrales termoeléctricas.