reporte ing. matainstituto tecnologico de oaxaca

7/24/2019 Reporte Ing. MataInstituto Tecnologico de Oaxaca

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA

INGENIERIA ELECTRICA

QUIMICA

REPORTE

ING. QUIMICO BIOLOGO JOSE LOPEZ

MATADAMAS

OLIVERIO CRUZ CRUZ

HORARIO: MARTES-VIERNES (8:00-9:00)

GRUPO: A!

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ND CE:

Subtema pagina

Portada ..........................................................1ndice....2

1.1 El tomo y sus partculas subatmicas3

1.1.1 Rayos catdicos y rayos andicos.3

1.1.2 Radiactiidad..!

1.2 "ase e#perimental de la teora cuntica!$%

1.2.1 &eora ondulatoria de la lu'..%

1.2.2 Radiacin del cuerpo negro y teora de Planc(....)

1.2.3 E*ecto *otoel+ctrico....,

1.2.! Espectros de emisin y series espectrales....,

1.3 &eora atmica de "o-r sommer*eld./$ 0

1.! &eora cuntica.0

1.!.1 Principio de dualidad postulado de ebroglie.0$ 1

1.!.2 Principio de incertidumbre de eisemberg...............................1

1.!.3 Ecuacin de onda de Sc-r4dinger..1$ 11

1.!.3.1 signi*icado *sico de la *uncin de onda 5..11$ 12

1.!.3.2 67meros cunticos y orbitales atmicos12$ 13

1.% istribucin electrnica en sistemas polielectrnicos.13$ 1!

1.%.1 Principio de 8u*bau o de construccin1!$ 1%

1.%.2 Principio de e#clusin de Pauli1%

1.%.3 Principio de m#ima multiplicidad de und1%

1.%.! 9on*iguracin electrnica de los elementos y su ubicacin en laclasi*icacin peridica...1)

1.%.% Principio de radiactiidad..1)$ 1,

1.) 8plicaciones tecnolgicas de la emisin electrnica de los tomos..1,$ 1/

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UN DAD "

TEOR A CUANT CA # ESTRUCTURA ATOM CA

1.1 E: 8&;S P8R&?9>:8S S>"8&;


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Es un *enmeno *sico por el cual los n7cleos de algunos elementos @umicos$ llamadosradiactios$ emiten radiaciones @ue tienen la propiedad de impresionar placasradiogr*icas$ ioni'ar gases$ producir *luorescencia$ atraesar cuerpos opacos a la lu'ordinaria$ entre otros. ebido a esa capacidad$ se les suele denominar radiacionesioni'antes en contraste con las no ioni'antesF. :as radiaciones emitidas pueden serelectromagn+ticas$ en *orma de rayos G o rayos gamma$ o bien corpusculares$ como

pueden ser n7cleos de -elio$ electrones o positrones$ protones u otras.

Principales usos de la radiactiidadB

>sos m+dicasB

entro del uso de la radiactiidad en las actiidades -umanas$ la ms conocida es la desus aplicaciones m+dicas. El uso de la radiacin en el diagnstico y el tratamiento deen*ermedades se -an conertido en una -erramienta bsica en medicina.

>sos en agriculturaB

Hui' sea una de sus aplicaciones ms pol+micas. 9omo -emos enido indicando$ lasradiaciones ioni'antes tienen la propiedad de ioni'ar arrancar electronesF de la materia@ue atraiesan. Esta ioni'acin tiene e*ectos biolgicos @ue cada e' an siendo meCorconocidos. El e*ecto ms claro es el de las mutaciones gen+ticas @ue -a -abido a lo largode la eolucin. 8ctualmente se inestiga sobre cmo aproec-ar estas mutaciones y ele*ecto de estas radiaciones para meCorar los cultios$ eitar plagas... 8s$ por eCemplo$cada da amos iendo aparecer cada e' un n7mero mayor de productos transg+nicosmanipulados gen+ticamenteF.

>sos en mineraB

8l aplicarse ioni'acin en la b7s@ueda de materiales mineros metales preciososF$ el usode esta *acultad de algunas sustancias @umicas es *aorable para el uso -umano.8un@ue es un m+todo de eleados costos$ la e#actitud de la radiactiidad para -acerreaccionar algunos metales es sorprendente.

>sos industrialesB

Probablemente sea menos conocida la *uncin @ue desempeAa la radiacin en la industriay la inestigacin. :a inspeccin de soldaduras$ la deteccin de grietas en metal *orCado o*undido$ el alumbrado de emergencia$ la datacin de antigIedades y la preseracin dealimentos son algunas de sus numerosas aplicaciones.

1.2 "8SE EGPER?86&?98

:a teora cuntica$ es una teora *sica basada en la utili'acin del concepto de unidadcuntica para describir las propiedades dinmicas de las partculas subatmicas y lasinteracciones entre la materia y la radiacin. :as bases de la teora *ueron sentadas por el*sico alemn


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Propuso el modelo ondulatorio$ en el @ue se de*enda @ue la lu' no era ms @ue unaperturbacin ondulatoria$ parecida al sonido$ y de tipo mecnico pues necesitaba unmedio material para propagarse. Supuso tres -iptesisB 1. &odos los puntos de un *rentede ondas eran centros emisores de ondas secundariasJ 2. e todo centro emisor sepropagaban ondas en todas direcciones del espacio con elocidad distinta en cada medioJ3. 9omo la lu' se propagaba en el aco y necesitaba un material per*ecto sin

ro'amiento$ se supuso @ue todo el espacio estaba ocupado por +ter$ @ue -aca de soportede las ondas.

Es a@uel @ue adems absorbe toda la radiacin @ue llega a +l sin re*leCarla$ de tal *orma@ue slo emite la correspondiente a su temperatura. 8 *ines del siglo G?G *ue posiblemedir la radiacin de un cuerpo negro con muc-a precisin. :a intensidad de estaradiacin puede en principio ser calculada utili'ando las leyes del electromagnetismo.Huien logr e#plicar este *enmeno *ue :8&;R?8 E :8 :>K

Propugnada por 9-ristian uygens en el aAo 1),/$

escribe y e#plica lo @ue -oy se considera como leyes de re*le#in y re*raccin. e*ine ala lu' como un moimiento ondulatorio semeCante al @ue se produce con el sonido. :os*sicos de la +poca consideraban @ue todas las ondas re@ueran de alg7n medio @ue lastransportara en el aco$ as @ue para las ondas lumnicas se postula como medio a unamateria insustancial e inisible a la cual se le llam L+terM. :a presencia del +ter *ue muycuestionado$ ya @ue e#iste una contradiccin en cuanto a la presencia del +ter comomedio de transporte de ondas$ ya @ue se re@uerira @ue +ste reuniera algunacaracterstica slida pero @ue a su e' no opusiera resistencia al libre trnsito de loscuerpos slidos.

En a@uella +poca$ la teora de uygens no *ue muy considerada$ y tuo @ue pasar ms deun siglo para @ue *uera tomada en cuenta esta teora. :os e#perimentos del m+dico ingl+s&-omas =oung sobre los *enmenos de inter*erencias luminosas$ y los del *sico *ranc+s8uguste Nean Oresnel sobre la di*raccin *ueron decisios para @ue ello ocurriera y secolocara en la tabla de estudios de los *sicos sobre la lu'$ la propuesta reali'ada poruygens. =oung demostr e#perimentalmente el -ec-o paradCico @ue se daba en lateora corpuscular de @ue la suma de dos *uentes luminosas puede producir menosluminosidad @ue por separado.

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1.2.2 R8?89?;6 E: 9>ERP; 6ER; = &ER?8 E P:869Q

R8?89?;6 E: 9>ERP; 6ER;

>n cuerpo negro es un obCeto terico o ideal @ue absorbe toda la lu' y toda la energaradiante @ue incide sobre +l. 6ada de la radiacin incidente se re*leCa o pasa a tra+s delcuerpo negro. 8 pesar de su nombre$ el cuerpo negro emite lu' y constituye un sistema*sico ideali'ado para el estudio de la emisin de radiacin electromagn+tica. El nombre9uerpo negro *ue introducido por usta Qirc--o** en 1/)2. :a lu' emitida por un cuerponegro se denomina radiacin de cuerpo negro.

&odo cuerpo emite energa en *orma de ondas electromagn+ticas$ siendo esta radiacin$@ue se emite incluso en el aco$ tanto ms intensa cuando ms eleada es latemperatura del emisor. :a energa radiante emitida por un cuerpo a temperaturaambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la lu' isiblees decir$ de menor *recuenciaF. 8l elear la temperatura no slo aumenta la energaemitida sino @ue lo -ace a longitudes de onda ms cortasJ a esto se debe el cambio de

color de un cuerpo cuando se calienta. :os cuerpos no emiten con igual intensidad atodas las *recuencias o longitudes de onda$ sino @ue siguen la ley de Planc(.

&E;R?8 E P:86Q

:ey de Planc(


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1.2.3 EOE9&; O;&;E:E9&R?9;

El e*ecto *otoel+ctrico consiste en la emisin de electrones por un material cuando se

-ace incidir sobre +l una radiacin electromagn+tica lu' isible o ultraioleta$ en generalF.

8 eces se incluyen en el t+rmino otros tipos de interaccin entre la lu' y la materiaB

OotoconductiidadB Es el aumento de la conductiidad el+ctrica de la materia o en diodos

proocada por la lu'. escubierta por illoug-by Smit- en el selenio -acia la mitad del

siglo G?G.

E*ecto *otooltaicoB &rans*ormacin parcial de la energa lumnica en energa el+ctrica. :a

primera c+lula solar *ue *abricada por 9-arles Oritts en 1//!. Estaba *ormada por selenio

recubierto de una *ina capa de oro.

El e*ecto *otoel+ctrico *ue descubierto y descrito por einric- ert'$ en 1//,$ al obserar

@ue el arco @ue salta entre dos electrodos conectados a alta tensin alcan'a distancias

mayores cuando se ilumina con lu' ultraioleta @ue cuando se deCa en la oscuridad. :a

e#plicacin terica *ue -ec-a por 8lbert Einstein.

Se podra decir @ue el e*ecto *otoel+ctrico es lo opuesto a losrayos X$ ya @ue el e*ecto

*otoel+ctrico indica @ue los *otones pueden trans*erir energa a los electrones. :os rayos G

no se saba la naturale'a de su radiacin$ de a- la incgnita GF son la trans*ormacin

en un *otn de toda o parte de la energa cin+tica de un electrn en moimiento. Esto se

descubri casualmente antes de @ue se dieran a conocer los trabaCos de Planc( y Einstein

aun@ue no se comprendi entoncesF.

1.2.! ESPE9&R;S E E


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ESPE9&R; E E


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El electrn es una corriente el+ctrica min7scula.

En consecuencia$ el modelo atmico de Sommer*eld es una generali'acin del modelo

atmico de "o-r desde el punto de ista relatiista$ aun@ue no pudo demostrar las *ormas

de emisin de las rbitas elpticas$ solo descart su *orma circular.

1.! &E;R?8 9>86&?98

:a teora cuntica$ es una teora *sica basada en la utili'acin del concepto de unidad

cuntica para describir las propiedades dinmicas de las partculas subatmicas y las

interacciones entre la materia y la radiacin.

:as bases de la teora *ueron sentadas por el *sico alemn 8:?8 P;S&>:8; E ER;:?E

:ouis de "roglie$ era un aristcrata *ranc+s @ue gan el premio 6obel de Osica de 1020por una tesis doctoral @ue elucidaba las propiedades ondulatorias de los orbitantes

electrones. Se trat de un trabaCo @ue ayud a resoler una antigua paradoCa al mostrar

@ue los electrones pueden ser descritos ya sea como partculas o como ondas$ seg7n las

circunstancias.

El principio de la dualidad descansa sobre el e*ecto *otoel+ctrico$ el cual plantea @ue la lu'

puede comportarse de dos maneras seg7n las circunstancias y el tema a estudiar$ y son

1. :u' como una ;ndaB esta es usada en la *sica clsica$ sobre todo en ptica$ donde los

lentes y los espectros isibles re@uieres de su estudio a tra+s de las propiedades de las

ondas.

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. :u' como PartculaB >sada sobre todo en *sica cuntica$ seg7n los estudios de Planc(

sobre la radiacin del cuerpo negro$ la materia absorbe energa electromagn+tica y luego

la libera en *orma de pe@ueAos pa@uetes llamados *otones$ estos cuantos de lu'$ tienen

de igual manera una *recuencia$ pero gracias a +stos$ se pueden estudiar las propiedades

del tomo.

Planc( reali' arios e#perimentos para probar su teora$ con los cuales logro estableces

@ue la energa de estos cuantos o *otones es directamente proporcional a la *recuencia de

la radiacin @ue los emite$ estableciendo as la *rmula @ue deca @ue la energa EF es

igual a la constante de Planc( -F por la *recuencia de la radiacin *F.

E W - * Por 7ltimo$ dio el alor para dic-a constante @ue @uedo establecido con el

siguiente alorB

- W ).)3 # 1X3! N.s

1.!.2 PR?69?P?; E ?6SER&?>


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clsica. :as partculas microscpicas incluyen a las partculas elementales$ tales como

electrones$ as como sistemas de partculas$ tales como n7cleos atmicos.

8l comien'o del siglo GGse -aba comprobado @ue la lu' presentaba una dualidad onda

corp7sculo$ es decir$ la lu' se poda mani*estar seg7n las circunstanciasF como partcula

*otnen el e*ecto *otoel+ctricoF$ o como onda electromagn+ticaen la inter*erencialuminosa. En 1023 :ouisDctor de "rogliepropuso generali'ar esta dualidad a todas las

partculas conocidas. Propuso la -iptesis$ paradCica en su momento$ de @ue a toda

partcula clsica microscpica se le puede asignar una onda$ lo cual se comprob

e#perimentalmente en 102,cuando se obser la di*raccin de electrones.Por analoga

con los *otones$ e "roglie asocia a cada partcula librecon energa ycantidad de

moimiento una *recuencia y una longitud de onda B

:a comprobacin e#perimental -ec-a por 9linton aissony :ester ermermostr @ue la

longitud de onda asociada a los electrones medida en la di*raccin seg7n la *rmula de

"raggse corresponda con la longitud de onda predic-a por la *rmula de "roglie.

Esa prediccin lle a Sc-r4dinger a tratar de escribir una ecuacin para la onda asociada

de e "roglie @ue para escalas macroscpicas se reduCera a la ecuacin de la mecnica

clsica de la partcula. :a energa mecnica total clsica esB

El +#ito de la ecuacin$ deducida de esta e#presin utili'ando el principio de

correspondencia$ *ue inmediato por la ealuacin de los nieles cuanti*icados de energa

delelectrnen el tomode -idrgeno$ pues ello permita e#plicar el espectro de

emisindel -idrgenoB series de :yman$ "almer$"rac(et$ Pasc-en$ P*und$ etc.

:a interpretacin *sica correcta de la *uncin de onda de Sc-r4dinger *ue dada

en 102)por


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de masa m$ y ondulatorio$ en t+rminos de una *uncin de onda \ psiF$ @ue depende de la

posicin del sistema en el espacio como la de un electrn en un tomoF.:a *uncin de

onda en s misma no tiene signi*icado *sico real directo. Sin embargo el cuadrado de la

*uncin de la onda$ \$ est relacionado con la probabilidad de encontrar al electrn en

cierta regin del espacio. Se puede pensar en \$ como la probabilidad por unidad de

olumen de tal manera @ue el producto de \ por un pe@ueAo olumen llamado elementode olumenF da la probabilidad de encontrar el electrn dentro de ese olumen. :a ra'n

de especi*icar un pe@ueAo olumen es @ue \ ara de una regin del espacio a otra$ pero

su alor se puede considerar constante dentro de un pe@ueAo olumen.F :a probabilidad

total de locali'ar al electrn en un olumen dado por eCemplo alrededor del n7cleo del

tomoF est entonces dada por la suma de todos los productos de \ y el olumen

correspondiente de los elementos. :a idea de relacionar \ con la nocin de la

probabilidad$ proiene de una analoga de la teora ondulatoria. e acuerdo con la teora

ondulatoria$ la intensidad de la lu' es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda$

o \. El lugar ms *aorecido para encontrar un *otn es donde la intensidad es mayor$esto es$ donde el alor de \ es m#imo.

1.!.3.2 6>86&?9;S = ;R"?&8:ES 8&;


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escribe las orientaciones espaciales de los orbitales. Sus alores son todos los enteros

del interalo l ` lF incluyendo el .ECemploB n W !l W $ 1$ 2$ 3m W 3$ 2$ 1$ $ `1$ `2$ `3.

;R"?&8:ES 8&;


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*unciones de onda. >n electrn en un tomo polielectrnico no es ciertamente un sistema

aislado.

:a *uncin @ue describe un electrn particular en el campo del n7cleo y la in*luencia

promedio de los restantes electrones se llama orbital. :os orbitales utili'ados para

construir la *uncin de onda de un tomo polielectrnico se obtienen resoliendo las

ecuaciones de artreeOoc( y aun@ue son com7nmente identi*icados con los n7meros

cunticos n y l 1s$ 2s$ etc.F$ +stos no son erdaderos n7meros cunticos @ue

caracteri'an los estados de un sistema aislado$ como en el caso del tomo de -idrgeno$

por lo @ue deben considerarse como simples eti@uetas. En un tomo polielectrnico$ los

orbitales nubes de carga unielelectrnicaF son subunidades de la *uncin de onda nube

de carga electrnica totalF.

:a energa de un electrn en un dado orbital$ recibe el nombre de energa orbital e1s$

e2s$ etc.F y representa tres contribuciones de dic-o electrn a la energa total del tomoB

la energa cin+tica del electrnJ la energa potencial de interaccin del electrn con eln7cleo y la energa potencial debido a la repulsin entre el electrn y el campo generado

por los restantes electrones.

El signi*icado *sico de la energa orbital en el modelo artreeOoc( surge del teorema de

Qoopmans @ue demuestra @ue las energas orbitales son apro#imaciones a las energas

de ioni'acin e#perimentales.

1.%.1 PR?69?P?; E 8>O"8> ; E 9;6S&R>99?;6

PR?69?P?; E 8>O"8>

8u*bau es una palabra alemana @ue signi*ica Lconstruccin progresiaM. Se usa para

asignar las con*iguraciones electrnicas a los elementos por orden de su n7mero atmico

creciente. Principio de 8u*bau$ establece @ue cuando los protones se incorporan al n7cleo

de uno en uno para construir los elementos$ los electrones se suman de la misma *orma a

los orbitales atmicos. os electrones solo pueden ocupar el mismo orbital si tienen

spines opuestos.

:a regla de und es una regla emprica obtenida por Oriedric- und en el estudio de los

espectros atmicos @ue enuncia lo siguienteB L8l llenar orbitales de igual energa los

electrones se distribuyen$ siempre @ue sea posible$ con sus spines paralelos$ es decir$separados.M El tomo es ms estable tiene menos energaF cuando tiene electrones

desapareados spines paralelosF @ue cuando esos electrones estn apareados spines

opuestos o anti paralelosF. :a distribucin electrnica ms estable en los subnieles es el

@ue tiene el mayor n7mero de espines paralelos. Se utili'a para cuando se @uiere

distinguir a dos electrones para @ue sea ms estable. En otras palabras$ los electrones

entran de 1 en 1 en los orbitales @ue contienen la misma energa$ cuando estos orbitales

se completan con un electrn$ entonces cada uno de ellos se satura con doce electrones

en el mismo orden

Principio de 9onstruccin ;rden 8u*bauF

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entro de cada niel de energa$ el subniel s tiene menor energa$ @ue el subniel p$ el

cual tiene menor energa @ue el subniel d y as sucesiamente. Sin embargo$ -ay @ue

tener en cuenta @ue dentro de un conCunto de orbitales todos tienen igual energa. Por

eCemplo$ todos los orbitales @ue con*ormaron el subniel 2p tienen la misma energa. 8

menudo estos orbitales son representados por una caCa o serie de caCas$ las cuales

pueden ser colocadas ordenadamente para mostrar el aumento de energa. &ambi+n$algunas eces encontramos *cil di*erenciar entre los tres orbitales @ue *orman el subniel

p$ re*iri+ndonos a ellos como p#$ py y p'. Para los primeros 1/ elementos$ los electrones

an ocupando los orbitales empe'ando por el de ms baCa energa y an llenando su

capacidad antes de empe'ar el siguiente. 8s es @ue el orbital 1s se llena con dos

electrones$ luego el 2s se llena con dos electrones$ luego el 2p se llena con seis

electrones$ el 3s con dos y *inalmente el 3p con seis. eneralmente$ esto se escribe

usando una notacin con*iguracin electrnicaF @ue incluye el n7mero de niel$ subniel y

electrones por subniel. espu+s del subniel 3p -ay una superposicin de energa$ es

as como encontramos @ue antes de @ue se llenen los orbitales 3d los electrones entranen el orbital !s. :o mismo ocurre con el %s y el !d. En los nieles de energa ms altos se

presenta mayor superposicin de este tipo. Este orden de llenado del 1 al 1/ y del 10 al

3)F de los subnieles es lo @ue se llama principio de construccin orden au*bauF$ el cual

signi*ica construir.

1.%.2 PR?69?P?;S E EG9:>9?;6 E P8>:?

ol*ang Ernest Pauli

D?E68 2% E 8"R?: E 101% E ?9?E


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1.%.3 RE:8 E


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Son a@uellos cuyo 7ltimo electrn se aloCa en un orbital *. 9omprende dos series de 1!

elementos cada una de ellas$ @ue reciben el nombre del elemento @ue las precede en su

periodoB :antnidos orbital !*F y 8ctnidos orbital %*F.

1.%.% PR?69?P?;6 E R8?89?;6

:a radiactiidad es un *enmeno completamente natural @ue -a e#istido en la 6aturale'adesde siempre$ sin la necesidad de la aparicin del -ombre. Surge como consecuencia dela e#istencia de numerosos n7cleos @ue son inestables$ los cuales$ para eitar esasituacin y pasar a un estado de estabilidad$ se trans*orman en otro tipo de n7cleos con laemisin de determinadas partculas al*a$ @ue son n7cleos de elio$ y beta @ue sonelectronesF o de *otones gamma radiacin electromagn+ticaF.

:8 R8?89?;6 8:P8

Es la emisin de una partcula alp-a del n7cleo de un tomo. >na partcula contiene 2protones y 2 neutrones y es similar a un n7cleo eF 9uando un tomo emite una

partcula$ la masa atmica del tomo disminuir cuatro unidades ya @ue 2 protones y 2neutrones estn perdidosF y el n7mero atmico 'F disminuir 2 unidades. Se dice @ue elelemento se transmuta en otro elemento @ue es 2 ' unidades ms pe@ueAo.

:8 R8?89?;6 "E&8

Es la transmutacin de un neutrn seguido de la emisin de un electrn del n7cleo deltomoF. 9uando un tomo emite una partcula $ la masa del tomo no cambiar.

:8 R8?89?;6 8


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:as bateras el+ctricas *uncionan gracias a pe@ueAas *uentes radioactias con plutonio23!$ cobalto % o estroncio !. Estas bateras se montan en los sat+lites para sualimentacin energ+tica. Son de tamaAo muy reducido y pueden *uncionar sin ningunaoperacin de mantenimiento durante aAos.

:;S E&E9&;RES E ?69E6?;

>na pe@ueAa *uente radioactia ioni'a los tomos de o#geno y de nitrgeno contenidosen un olumen reducido de aire. :a llegada de partculas de -umo modi*ica estaioni'acin. Por esta ra'n se reali'an y se utili'an en los comercios$ *bricas$ despac-osdetectores radioactios sensibles a cantidades de -umo muy pe@ueAas.

:8 E:8";R89?;6 E 99?;6 E E:E9&R?9?8:as reacciones en cadena de *isin del uranio se utili'an en las centrales nucleares @ue$en Orancia$ producen ms del ,% de la electricidad.

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