la teoría cuántica y modelos atómicos -...
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La Teoría Cuántica y Modelos Atómicos
El electrón
• Corrientes de partículas con carga negativa se encontró que emanan de los tubos catódicos.
• Se le atribuye su descubrimiento a JJ Thompson (1897).
Alto Voltaje Imán
camino del electrón
Pantalla Fluorescente
Placas eléctricamente cargadas
Descubrimiento y Propiedades del electrón Se descubrió que estos rayos pueden ser desviados por los campos eléctricos o magnéticos. Mediante el ajuste de estos campos, la relación de la carga a la masa del "rayo" desconocido se encontró.
Alto Voltaje
Ánodo
Placa del campo eléctrico
Bobina para producir campo
magnético
Descubrimiento y Propiedades del electrón En primer lugar, se encontró la velocidad de la partícula mediante el ajuste del campo magnético fuerzas eléctricas a fin de que fueran canceladas; el "rayo" viajó en una línea recta.
Σ F = ma
FB FE = 0
qvB = qE
v = E/B
Ya que pueden medir E y B, se podría calcular v.
Alto Voltaje
Ánodo
Placa del campo eléctrico
Bobina para producir campo
magnético
Descubrimiento y propiedades del electrón
Σ F = ma
FB= ma
qvB = mv2/r
qB = mv/r
q/m = v/Br
q/m = 1,76 x1011C/kg
FB
v
r
Bobina para producir campo magnético
Anodo
Alto voltaje Placas del
campo eléctrico
Después apagaron el campo eléctrico y la partícula se movió en una trayectoria circular. Se midió el radio del círculo, por ver donde la partícula golpeó el tubo, y luego determinaron la relación de la carga a la masa: q/m.
1 ¿Cuál de las siguientes no es verdadero de los rayos catódicos? A Se originan a partir del electrodo
negativo.
BEllos viajan en una línea recta en la ausencia de los campos eléctricos o magnéticos.
C Imparten una carga negativa a los metales expuestos a ellos.
D Son compuestos de electrones.
ELas características de los rayos catódicos depende del material donde se emiten.
El Experimento de la Gota de Aceite de Millikan
Una vez que la relación de carga/masa del electrón era conocido, la determinación de cualquiera la carga o la masa de un electrón daría al otro.
Aceite
Rociador
microscopio
placas cargadas eléctricamente
Fuente de rayos X(radiación para ionizar)
La masa de cada gota se estimó por su tamaño. El campo eléctrico se ajustó con el fin de que la gota caiga a una velocidad constante. Los datos mostraron que la carga era siempre un múltiplo entero de una carga pequeña, e. Esa debe ser la carga de un solo electrón.
Descubrimiento y propiedades del electrón
FE
mg
Atomizador
Telescopio
Gotas
Σ F = ma
FE mg = 0
qE = mg
q = mg/E
q fue siempre un número entero múltiple del mismo número, el cual fue dado el símbolo "e"
2 ¿Cuál de estas podría ser la carga de un objeto?
A 0,80 x 1019 C
B 2,0 x 1019 C
C 3,2 x 1019 C
D 4,0 x 1019 C
e = 1,602 x 1019 C
3 La carga de un electrón se determinó en el __________.
A Tubo de rayos catódicos, por JJ Thompson B Experimento de la lámina de oro de Rutherford C Experimento de la gota de aceite de Millikan D Teoría atómica de DaltonE Teoría atómica de la materia
Radiación de Cuerpo Negro
Todos los objetos emiten radiación electromagnética cual depende de su temperatura: la radiación térmica.
Un cuerpo negro absorbe toda la la radiación electromagnética (luz) que cae sobre él. Porque no hay luz reflejada o transmitida, el objeto aparece negro cuando está frío. Sin embargo, el cuerpo negro emite un espectro en función de temperatura llamado la radiación del cuerpo negro.
Radiación de Cuerpo Negro
A temperaturas normales, no se dan cuenta de esta radiación.
Pero a medida que los objetos se vuelven más calientes, se puede sentir la radiación infrarrojo o calor.
A temperaturas aún más caliente, objetos brillan rojo y todavía a temperaturas más altas, objetos pueden brillar blanco caliente como en el filamento de una bombilla de luz.
Frecuencia
Longitud de ondavisible
Intensidad
Esta figura muestra curvas de radiación de cuerpo negro de tres diferentes temperaturas.
La longitud de onda en el pico, λp, está relacionada con la temperatura por:
λpT = 2,90 x 10 3mK
La física clásica no podía explicar la forma de estos espectros.
Radiación de Cuerpo Negro
4 ¿Cuál de los siguientes colores indica la temperatura mas caliente?
A Negro B Rojo C Amarillo D Azul
• La naturaleza ondulatoria de la luz no podía explicar la forma en cual un objeto brilla en función a su temperatura: su espectro.
• Max Planck lo explico por el supuesto de que los átomos sólo emiten radiación en cantidades cuánticas ... en los pasos dados por la fórmula:
E = hf
donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de la luz
h = 6,6x1034Js
Hipótesis Cuántica de Planck
Hipótesis Cuántica de Planck Planck no creía que era posible ... pero funcionaba. Era como trabajar a partir de las respuestas del libro ... conseguir algo que funciona, pero sin tener la idea de por qué.
No tenía sentido que los átomos podrían tener sólo pasos de energía. ¿Por qué no podían tener cualquier cantidad de energía?
Planck pensó que otra solución "verdadera" finalmente se encontraría ... pero esto funcionaba por alguna razón.
Lo que nos lleva a nuestro siguiente misterio ...
Energía de radiación
Superficie del metal
Indicador de corriente
Fuente de voltaje
Terminal positiva
Electrones emitidos
superficie de metal
Energía de radiación
cámara de evacuación
Cuando la luz incide sobre un metal, los electrones a veces vuelan.
La física clásica no pudo explicar algunas características específicas acerca de cómo el efecto funcionaba.
Así que Einstein usó la idea de Planck para resolverlo.
El Efecto Fotoeléctrico
Si los átomos sólo pueden emitir luz en paquetes de tamaños específicos, tal vez la luz se desplaza en forma de paquetes de energía dada por la fórmula de Planck.
El llamó a estos paquetes tan pequeños, o partículas de luz, fotones .
El efecto fotoeléctrico
Fuente de Luz
Luz
fotocélula
E = hf
donde h es la constante de Planck
h = 6,6 x1034Js o
4,14 x 1015eVs
5 ¿Cual es la energía (en nJ) de un fotón con una frecuencia de 5x1022Hz?
La energía cinética máxima de estos fotones puede ser medido utilizando una fuente de voltaje variable y revertir los terminales de modo de que el electrodo C es negativo y P es positivo. Si el voltaje se incrementa, hay un momento en que la corriente llega a cero. Esto se llama el voltaje de parada, V0, y es dada por:
ECmax = eV0
El efecto fotoeléctrico Fuente de
Luz
Luz
Fotocélula
Hemos dicho anteriormente que cuando la luz incide sobre un metal, los electrones a veces vuelan. Como los electrones se mantienen en el metal por fuerzas de atracción, un poco de energía mínimo, W0, que se llama la función de trabajo, se requiere sólo para obtener un electrón libre del metal.
La entrada de energía del fotón será igual a la energía cinética del electrón expulsado más la energía necesaria para liberar al electrón.
hf = EC + W0
El efecto fotoeléctrico
AH Compton disperso luz de corta longitud de onda desde varios materiales y descubrió que la luz dispersada tenía un frecuencia menor que la luz incidente, lo que indica una pérdida de energía. El aplicó las leyes de conservación del momento y energía y encontró que los resultados previstos corresponden con los resultados experimentales.
El Efecto Compton
Incidente fotón ( λ )
Electrón en reposo
Electrón después de lacolisión
Fotón dispersado( λ ' )
θ Φ
Una sola longitud de onda del fotón, λ, choca con un electrón en un material, golpeándolo hacia fuera de su átomo. El fotón dispersado tiene menos energía, ya que dio algunos al electrón y por lo tanto tiene una longitud de onda, λ'.
El Efecto Compton El momento de un fotón es dada por:
p = E/c
Puesto que E = hf,
p = hf/c = h/λ
Usando la conservación del momento:
Donde M0 es la masa en reposo del electrón.
Incidente fotón ( λ )
Electrón en reposo
Electrón después de lacolisión
Fotón dispersado( λ ' )
θ Φ
Las interacciones de fotones 1. El Efecto Compton El fotón puede ser dispersado por un electrón y pierde energía en el proceso.
2. La efecto fotoeléctrico Un fotón puede golpear un electrón de un átomo y desaparecer en el proceso.
3. El fotón puede golpear un electrón atómico a una energía estatal mayor si la energía del fotón no es suficiente para golpear el electrón fuera del átomo.
4. Producción de pares Un fotón puede producir un electrón y un positrón y desaparecer en el proceso. (Lo contrario de producción de par puede ocurrir si un electrón choca con un positrón. Esto se llama aniquilación .)
La teoría fotónica de la luz Esta teoría corpuscular de la luz supone que un electrón absorbe un solo fotón e hizo predicciones específicas que resultó ciertas. Por ejemplo, la energía cinética de los electrones que escapan vs. la frecuencia de la luz se muestra a continuación:
frecuencia de la luz
ECmax
de electron
es
Esto demuestra claramente en acuerdo con la teoría del fotón, y no con la teoría de la onda.
Esto muestra que la luz está hecha de partículas, fotones; la luz no es una onda.
Dualidad de OndaPartícula; El principio de Complementariedad
Anteriormente hemos demostrado que la luz es una onda.
Ahora hemos demostrado que la luz es una partícula.
¿Cual es cierto?
Esta pregunta no tiene respuesta, hay que aceptar la dualidad de ondapartícula de la naturaleza de la luz.
Aun que no podemos imaginar algo que sea una onda y una partícula al mismo tiempo, esto resulta ser el caso de la luz.
6 La proporción de energía a frecuencia para un determinado fotón da A su amplitud. B su velocidad. C la constante de Planck. D su función de trabajo.
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
7 ¿Qué es un fotón? A un electrón en un estado excitado
Bun pequeño paquete de energía electromagnética que tiene propiedades como partículas
C una forma de un nucleón, uno de las partículas que componen el núcleo
D un electrón que se ha hecho eléctricamente neutro
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
8 La energía de un fotón depende de
A su amplitud. B su velocidad. C su frecuencia. D ninguna de las respuestas dadas
E = hf c = λf
c = 3,00 x 108m/s h = 6,6 x 1034Js
9 ¿Qué color de la luz tiene la energía más baja de fotones?
A rojo B amarillo C verde D azul
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
10 El efecto fotoeléctrico es explicable suponiendo que A que la luz tiene una naturaleza de onda.
B que la luz tiene una naturaleza de la partícula.
C que la luz tiene una naturaleza de onda y una naturaleza de partícula
D Ninguna de las anteriores
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
11 La energía de un fotón que tiene una frecuencia de 110GHz es
A 1,1 × 1020 JB 1,4 × 1022 JC 7,3 × 1023 JD 1,3 × 1025 J
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
12 La frecuencia de un fotón que tiene una energía de 3,7 x 1018J es
A 5,6 × 1015 Hz B 1,8 × 1016 Hz C 2,5 × 1015 JD 5,4 x 108 J
E 2,5 × 1015 J
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
13 La energía de un fotón que tiene una longitud de onda de 12,3nm es
A 1,51 × 1017 JB 4,42 × 1023 JC 1,99 × 1025 JD 2,72 × 1050 JE 1,62 × 1017 J
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
14 Si la longitud de onda de un fotón es reducido a la mitad, por cual factor cambia su energia? A 4B 2C 1/4D 1/2
E = hfc = λf
c = 3,00 × 108 m/sh = 6,6 × 1034 Js
Energía, masa y momento de un fotón Es evidente que un fotón debe viajar a la velocidad de la luz, ya que es la luz.
La Relatividad Especial nos dice dos cosas de lo siguiente:
La masa de un fotón es igual a cero.
El momento de un fotón depende de su longitud de onda.
m = 0
p = hf/c y dado que c = λf
p = h/λ
Esta última ecuación resultó tener enormes consecuencias.
Naturaleza Ondulatoria de la Materia De Broglie se preguntó: "Si la luz puede comportarse como una onda o una partícula, puede la materia también comportarse como una onda? "
Sorprendentemente, lo hace!
De Broglie combino p=h/λ con p=mv para obtener
La longitud de onda de la materia
λ= h/(mv)
Esta longitud de onda es muy pequeña para los objetos normales, por lo que nunca se había visto antes.
Pero tiene un impacto dramático en la estructura de los átomos.
Naturaleza Ondulatoria de la Materia
Longitudes de onda de electrones suelen ser alrededor de 1010m, aproximadamente del tamaño de un átomo, por lo que el carácter ondulatorio de los electrones es importante.
De hecho, el experimento de la doble rendija que mostraba que la luz era una onda, se ha reproducido con los electrones con el mismo resultado ... los electrones son partículas y ondas.
Electrones disparados de uno en uno hacia dos rendijas muestran el mismo patrón de interferencia cuando se posan sobre una pantalla distante.
La "onda del electrón" debe pasar por las dos rendijas al mismo tiempo ... que es algo que no se puede imaginar que una sola partícula lo haga ... pero lo hace.
Estas fotos muestran los electrones disparados uno a la vez a través de dos rendijas.
Cada exposición se realizó después de un tiempo un poco más largo. El mismo patrón emerge como fue encontrado por la luz.
Cada electrón individual debe comportarse como una onda y pasar a través de las dos rendijas.
Sin embargo, cada electrón debe ser una partícula cuando choca con la película, o no haría un punto en la película, que sería extenderse.
Esta imagen demuestra que la materia se comporta como tanto una onda como una partícula.
El experimento más increíble!
15 ¿Cuál es la longitud de onda de una bola de 0,25kg que viaja a 20 m/s?
λ = h/(mv)h = 6,6 × 1034 Js
16 ¿Cuál es la longitud de onda de una persona de 80kg que corre 4,0 m/s?
λ = h/(mv)h = 6,6 × 1034 Js
17 ¿Cuál es la longitud de onda de la onda de materia asociada con un electrón (me= 9,1 x 1031kg) que se mueve con una velocidad de 2,5×107m/s?
A 0,29 nm
B 0,36 nm
C 0,48 nm
D 0,56 nm
λ = h/(mv)h = 6,6 × 1034 Js
18 ¿Cuál es la longitud de onda de la onda de materia asociada con un electrón (m e = 9,1 x 1031kg) que se mueve con una velocidad de 1,5 × 10 6m/s?
A 0,29 nm
B 0,36 nm
C 0,48 nm
D 0,56 nm
λ = h/(mv)h = 6,6 × 1034 Js
El Atomo, circa 1900
• La teoría predominante era que del modelo de "pudín de ciruelas", presentada por Thompson.
• Incluyó una esfera positiva de materia con electrones negativos incrustada en él.
Cargas positivas sobre toda la esfera
Electrones Negativos
Papel de oro fino rayos de
partículas
pantalla fluorescente circularfuente de
partículas alfa
Descubrimiento del núcleo
Ernest Rutherford disparó partículas de α a una capa delgada de lámina de oro y observo el patrón de dispersión de las partículas.
Descubrimiento del núcleo
Aunque la mayoría de las partículas pasaron directamente a través, como se esperaba, algunos rebotaron ... lo cual era totalmente inesperado.
Papel de oro fino rayos de
partículas
pantalla fluorescente circularfuente de
partículas alfa
algunas son dispersadas otras no son
afectadas
Los primeros modelos del Atomo
partículas alfa
fuente conteniendo
radon
pantalla para ver
núcleopartícula alfa
La única manera de tomar en cuenta esto era asumir que toda la carga positiva estaba contenida dentro de un volumen pequeño.
Un pequeño, muy denso, núcleo debe estar dentro de un átomo prácticamente vacío.
Ahora sabemos que la radio del núcleo es 1/10000 del átomo.
El átomo nuclear
Dado que algunas partículas se desviaron a grandes ángulos, el modelo de Thompson no podría ser correcto.
incidente partículas de alfa
núcleo
átomos del papel de oro
Los primeros modelos de los Atomos El experimento de Rutherford demostró que el núcleo con carga positiva debe ser muy pequeño en comparación con el resto del átomo.
Entonces me acuerdo dos o tres días más tarde donde Geiger viene a mí con una gran emoción y dijo: "Hemos sido capaz de obtener algunas de las partículas alfa que vengan hacia atrás ..." Fue el evento más increíble que me ha pasado en mi vida. Era casi tan increíble como si se disparó un proyectil de 15 pulgadas a un pedazo de papel de seda y volvió y te golpeó.
Rutherford
El átomo nuclear • Rutherford postuló un núcleo muy pequeño y denso con
los electrones alrededor del exterior del átomo.
• La mayoría parte del volumen del átomo es espacio vacío.
volumen ocupado por los electrones
núcleo conteniendo los protones y neutrones
átomo
El átomo nuclear
Si un átomo fuera magnificado para ser el tamaño de un gimnasio (unos 100m de diámetro), el protón es aproximadamente del tamaño de una pelota de ping pong (1cm de diámetro), los electrones serían demasiado pequeños para verlos, y todo lo demás sería sólo espacio vacío ... no llena de aire (como un gimnasio), pero nada.
volumen ocupado por los electrones
núcleo conteniendo los protones y neutrones
átomo
19 El experimento de la lámina de oro hecho acabo en el laboratorio de Rutherford __________. A confirma el modelo de la torta con
pasas del átomo
B condujo al descubrimiento del núcleo atómico
C fue la base para el modelo de Thomson del átomo
D utiliza la desviación de partículas de beta por una lámina de oro
E demostró la ley de múltiples dimensiones
20 En el modelo del átomo nuclear de Rutherford, __________.
A las partículas subatómicas residen en el núcleo
B las partículas subatómicas principales tienen esencialmente la misma masa
C las partículas subatómicas de la luz residen en el núcleo
D la masa se extiende esencialmente uniforme a través del átomo
Las partículas subatómicas
• Los protones fueron descubiertos por Rutherford en 1919.
• Neutrones fueron descubiertas por James Chadwick en 1932.
• Los protones y los electrones son las únicas partículas que tienen carga.
• Los protones y los neutrones tienen esencialmente la misma masa.
• La masa de un electrón es muy pequeña.
Partícula Carga Masa (uma)
positivo ninguna (neutral) negativo
El problema con el átomo nuclear • El núcleo de un átomo es pequeño, 1/10,000 el tamaño del
átomo.
• Los electrones se encuentran fuera del núcleo, moviéndose libremente en el vacío enorme del átomo
• El núcleo es positivo, el electrón es negativo
• Hay una fuerza eléctrica, FE= Kq1q2/r2, jalando los electrones hacia el núcleo
• No hay otra fuerza que actúa sobre el electrón, no hay nada que lo apoya, experimenta una fuerza neta hacia el núcleo
• ¿Por qué no los electrones caen a su núcleo? .. ¿por qué no se colapsa un átomo en su núcleo?
El problema con el átomo nuclear
Basado en las ecuaciones
ΣF = ma
y
x = x0 + vot +1/2at2
Todos los átomos se derrumbarían en 1010s
La Tierra se colapsaría menos de una milla de ancho en menos de una milmillonésima de segundo.
El universo como lo conocemos se acabaría.
El problema con el átomo nuclear
Quizás los electrones orbitan alrededor del núcleo.... como los planetas orbitan alrededor del Sol.
Pero entonces se aceleran constantemente a medida que viajan en un círculo:
a = v2/r
Pero se sabe que una carga acelerada irradia energía electromagnética....la luz.
Toda la energía cinética se irradiaría en aproximadamente la misma mil millonésima de segundo ... entonces se caería en el
núcleo.
Todos los átomos en el universo todavía se vendrían hacia abajo.
El problema con el átomo nuclear
La física clásica no pudo explicar cómo los átomos pueden existir.
Un nuevo enfoque era necesario.
El siguiente paso llevó al modelo de Bohr del átomo, que era una explicación semiclásico de los átomos. Sería una
transición importante en la teoría cuántica moderna.
Una pista importante se encontró en los espectros de descarga de gas en tubos.
Espectros atómicos
Un gas muy fino se calienta en un tubo de descarga emite una luz sólo en frecuencias características.
Alto voltaje
Anodo
Cátodo
Espectros atómicos
Un espectro atómico es un espectro de líneas sólo ciertas frecuencias aparecen. Si la luz blanca pasa a través de tal gas, ella absorbe en esas mismas frecuencias.
Espectros atómicos
¿Por qué no los átomos emiten, o absorben, todas las frecuencias de la luz?
¿Por qué irradian luz a tan sólo frecuencias muy específicas, y no en otros?
Espectros atómicos Las longitudes de onda de los electrones emitidos del hidrógeno tienen un patrón regular:
Serie de Balmer
Series de Lyman
Serie de Paschen
R = 1,0974 x 107 m1
Spectra Atómica: Clave de la estructura del átomo
Una parte del espectro total del hidrógeno se muestra aquí. Las líneas no pueden ser explicadas por la teoría de Rutherford.
Longitud de Onda
Luz visible
Serie de Lyman
Serie de Balmer Serie de Paschen
El modelo atómico de Bohr
Bohr propuso que los electrones podrían orbitar el núcleo, al igual que las planetas orbitan el sol ... pero sólo en ciertas órbitas específicas.
Luego dijo que en esas órbitas, no irradian energía, como se podría esperar normalmente de una carga acelerada. Estas órbitas estables de alguna manera violarían esa regla.
Cada órbita corresponde con un nivel de energía diferente para el electrón.
El modelo atómico de Bohr Estos estados de energía posibles para los electrones atómicos son cuantificados sólo ciertos valores son posibles. El espectro podría explicarse como la transición de un nivel a otro.
Electrones sólo irradian cuando se mueven entre las órbitas, no cuando se quedan en una órbita.
El modelo atómico de Bohr
Mientras el electrón este en una órbita dada por la formula abajo, no emitía radiaciones electromagnéticas.
El espectro observado del átomo de hidrógeno es previsto con éxito por las transiciones entre estas órbitas.
El modelo atómico de Bohr
Un electrón está en órbita por la fuerza de Coulomb:
El modelo atómico de Bohr
Utilizando la fuerza de Coulomb, se puede calcular el radio de las órbitas. Estas coinciden con el tamaño de los átomos ya conocidos muy bien.
El modelo atómico de Bohr Los radios de las órbitas del átomo de hidrógeno son dadas por la fórmula siguiente, con la mas pequeña órbita,
rn = n2r1, (Para el hidrógeno, Z = 1) Z
r1 = 0,53x1010m.
n = 1, 2, 3, 4, ....
Tenga en cuenta que las órbitas crecen en tamaño como el cuadrado de n, por lo que son mucho más grandes a medida que aumenta n.
21 El radio de la órbita del estado excitado tercero (n=4) del hidrógeno es ______.r1 = 0,50 x 1010 m.
22 El radio de la órbita del quinto estado excitado (n = 6) del hidrógeno es ____ x1010 m.r1 = 0,50 x 1010 m
El modelo atómico de Bohr Utilizando la fuerza de Coulomb, que calcula la energía de cada órbita. Para hidrógeno el llegó a este resultado:
n = 1, 2, 3, 4, ....
E = 13,6 eV n2
Tenga en cuenta que todos los niveles de energía son negativos, de otro modo el electrón sería libre del átomo.
Los niveles son más frecuentes y más cercanos a cero, a medida que n aumenta.
El electrónvoltio (eV)
En la física atómica, las energías son tan bajos que es difícil de usar julios (J). Una unidad más pequeña de la energía es el electrónvoltio (eV).
Su valor es igual a la energía potencial de un electrón en una región de espacio cuyo voltaje (V) es de 1,0 voltios.
UE= qV
UE = (1,6 x 1019C) (1,0 V)
UE = 1,6 x 1019J ≡ 1,0 eV
1,0 eV = 1,6 x 10 19J
El electrónvoltio (eV) También es conveniente convertir la constante de Planck a unidades de eVs en lugar de Js.
1,0 eV = 1,6 x 10 19J
h = 6,63 x 10 34Js
h = (6,63 x 10 34Js)
h = 4,14 x 10 15eVs
1,6 x 1019J 1,0 eV )(
h = 4,14 x 10 15eVs
23 ¿Cual es la energía del segundo estado excitado (n = 3) del hidrógeno?
24 ¿Cual es la energía del quinto estado excitado (n = 6) del hidrógeno?
El nivel de energía mas bajo se llama el estado fundamental; los otros son estados excitados.
Serie de Lyman
Serie de Balmer
Serie de Paschen
Estado excitado
Estado fundamental
Atomo ionizado(niveles de energía continuas)
Energía (eV)
El modelo atómico de Bohr
Hipótesis de De Broglie Aplicada a los átomos
Los científicos no les gustaron la falta de explicación de por qué los electrones no irradian cuando están en esas órbitas.
Pero la teoría de onda de la materia de Broglie lo explica muy bien. Siempre y cuando la longitud de onda de un electrón en órbita es el igual a la circunferencia de la órbita, no irradia.
Este enfoque produce la misma relación en la propuesta de Bohr.
Además, hace más razón el hecho de que los electrones no irradian, como uno podría esperar lo contrario de una carga acelerada.
Hipótesis de De Broglie aplicada a los átomos
Estas son ondas circulares estacionarias de n = 2, 3 y 5.
Física Cuántica
Mientras que fue un gran paso adelante, el modelo de Bohr sólo trabajó para átomos que tenían un electrón, como el hidrógeno o ciertos átomos ionizados.
Fallo para todos los otros átomos excepto con hidrógeno.
La idea de que el electrón era una partícula en órbita alrededor del núcleo, pero con propiedades ondulatorias que sólo permite ciertas órbitas, sólo trabajaba para el hidrógeno.
Explicaciones semiclásica fallaron excepto con el hidrógeno. Resultó que sólo un golpe de suerte lo dejo funcionar incluso en ese caso.
La Mecánica Cuántica
Nuestro objetivo era explicar por qué los electrones en un átomo no cae en el núcleo.
Un electrón, como una partícula cargada, caería por causa de la Segunda Ley de Newton.
ΣF = ma
Pero los electrones, en los átomos, no son partículas, son las ondas.
Las ondas no siguen la segunda ley de Newton.
Schrodinger tuvo que inventar una nueva ecuación para la mecánica ondulatoria.
Hψ = Eψ
La Mecánica Cuántica Hψ = Eψ
La simplicidad de esta ecuación es engañosa. Esto es como se parece cuando se expande a un tipo de problema.
Solo es resuelto para los casos generales en curso avanzados en universidades.
Sin embargo, las computadoras se han utilizado para resolver con precisión para muchos casos específicos: átomos, moléculas, etc.
La mecánica cuántica Estas soluciones nos permitirá entender cómo el mundo microscópico trabaja: los átomos, la tabla periódica, moléculas, los enlaces químicos, etc.
La mecánica cuántica es muy diferente de la física clásica se puede predecir lo que una gran cantidad de electrones hacen en promedio, pero no tenemos la menor idea en que hace un electrón individual.
En Química, vaz a utilizar las soluciones de las ecuaciones de Schrodinger, y la física que has aprendido este año, para explorar la naturaleza de la materia.