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Estructura atómica

Guía de exploración: NUBE ELECTRÓNICA NOMBRE Fecha

Docente

Wilbert Elard Zuni Usca

CURSO GRADO GRUPO

QUÍMICA 10Th

OPCIÓN

NUBE ELECTRÓNICA DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN A finales del siglo XIX se consideraba que el átomo era indivisible, lo que cambio en 1897 cuando el científico Joseph Thomson (Premio Nobel de Física de 1906) anuncia el descubrimiento del electrón. Thompson trabajando con rayos catódicos logro demostrar que en realidad estos se trataban de partículas de carga negativa que se encontraban dentro del átomo, proponiendo por este descubrimiento un modelo conocido con el nombre del “Budín con pasas”. Este modelo considera al átomo como una esfera sólida y neutra, cuya masa es de carga positiva en el que se encuentran incrustados los electrones.

Modelo del budín con pasas

Tubo de rayos catódicos: http://www7.uc.cl/sw_educ/qda1106/CAP2/2A/2A2/

EL PROBLEMA DEL MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD Modelo Planetario

En 1911, el científico neozelandés Ernest Rutherford propuso un nuevo modelo conocido como modelo Planetario. Según el modelo los electrones giran a grandes velocidades en órbitas circulares evitando así la atracción electrostática que ejerce el núcleo, sin embargo, la física clásica nos dice: cuando un cuerpo cargado eléctricamente se encuentra en movimiento este emite energía, de lo que se deduce que el electrón debería perder su energía y colisionar con el núcleo, algo que no sucede. Es un problema que no tenía solución por lo limitado de las teorías de su tiempo y que encuentran respuesta con el nacimiento de la cuántica del alemán Max Planck y la explicación de parte de Albert Einstein al fenómeno fotoeléctrico.

RADIACIONES U ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ONDA: Una onda es una perturbación vibracional por medio de la cual se transmite la energía. Ejemplos:  Ondas mecánicas: 

Ondas electromagnéticas.

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PARTES DE UNA ONDA:

t = 1s

 CRESTA O PICO: Es el punto más alto de una onda  VALLE: Es el punto más bajo de una onda.  AMPLITUD (A): Es la altura de una cresta o la profundidad de un valle.  LA LONGITUD DE ONDA (λ): Es la distancia entre dos valles o dos crestas consecutivas de la onda. Se mide en metros.

𝑣 = 𝑓

x

 FRECUENCIA (f): Es el número de ondas producidas por segundo. Se mide en ciclos/ segundo o hertz (Hz).  VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN (v): Es la rapidez con la que se propaga una onda

0

1000 Å λ:

f:

ONDA ELECTROMAGNÉTICA: Este tipo de radiación es una combinación entre campos eléctricos y magnéticos que se propagan en el vacío transportando energía (REM). Se caracterizan por presentar en el vacío una velocidad constante (c) igual 300 000 km/s. Teniendo en cuenta que la velocidad de una onda electromagnética es una constante igual a c, tenemos:

𝑐 = 𝑓

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

2

2000 Å

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MODELO MECÁNICO CUÁNTICO DEL ÁTOMO El modelo actual del átomo está basado en dos principios y una ecuación matemática que los respalda. La ecuación matemática es del físico austriaco Erwin Schrödinger, conocida como ecuación de onda. Schrödinger explica el comportamiento del electrón haciendo uso de 4 parámetros, los números cuánticos.

PRINCIPIOS:  

1

Principio de incertidumbre propuesto por Werner Heisenberg. Principio de dualidad de la materia propuesto por Louis de Broglie.

PARA SABER MÁS

LA MECÁNICA CUÁNTICA La mecánica cuántica es una teoría que hace referencia a una nueva manera de pensar acerca de las propiedades de los átomos, que, al ser partículas muy pequeñas, hace imposible conocer con exactitud algunas de sus propiedades, lo que lleva a pensarlas en términos probabilísticos.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG Werner Heisenberg (1901-1976, físico alemán y Premio Nobel en 1932), señaló que es imposible conocer con exactitud la velocidad y la posición del electrón a la vez. Se puede medir con exactitud su posición y también su velocidad, pero ambas simultáneamente resultan imposibles de predecir. A mayor precisión y exactitud en la velocidad de la partícula, mayor incertidumbre con relación a su posición y viceversa. Sólo debemos de tener una idea concreta de que existe una región energética de mayor probabilidad de hallar un electrón, lo que se conoce como orbital, por lo tanto, desaparece el término de órbita para los electrones.

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PRINCIPIO DE DUALIDAD DE LA MATERIA DE LOUIS DE BROGLIE Se considera por sus características a la luz como una onda electromagnética, de tal manera que cuando viaja lo hace con un movimiento ondulatorio. La cuántica, de Max Planck, considera que la luz se transmite mediante pequeños paquetes de energía denominados cuantos o fotones, lo que le confiere propiedades de masa.

Louis de Broglie extiende esta idea aplicándola a toda partícula por lo que, según este principio, el electrón se comporta tanto como una onda (energía) y como una partícula (materia) por lo que debemos considerarla como Naturaleza dual del electrón una onda-corpúsculo.

Naturaleza dual de la luz

ENERGÍA CUANTIZADA Y FOTONES Según la cuántica de Max Planck la energía no es continua si no que esta se transmite mediante cuantos o fotones. La energía de un fotón puede ser calculada a partir de la fórmula:

𝐸 = ℎ𝑓

Donde: E = Energía en Julios (J) h = constante de Planck: 6,63 x 10-34 J.s f = frecuencia en Hertz (Hz)

Si la frecuencia de una onda se calcula a partir de la fórmula: 𝑐

CONSTANTE DE PLANCK h = 6,63.10-34J.s

= 𝑓

Podemos deducir que la energía es igual a la constante de Planck por la velocidad de la luz sobre se longitud de onda:

𝐸=ℎ

𝑐



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:  

Owen, S. (2014), Chemistry for the IB Diploma, Reino Unido: Cambridge University. Instituto de Ciencias y Humanidades (2010), Química: principios y aplicaciones. Perú: Asociación Fondo de Investigadores y Editores.

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ACTIVIDADES ACTIVIDAD N° 1: Indica la frecuencia de las siguientes ondas, considera el tiempo transcurrido de un segundo.

ACTIVIDAD N° 2: Calcula en las siguientes ondas electromagnéticas. 1. Una onda de radio VHF utilizado por radios de la 3. policía de 90 MHz, su frecuencia será:

2.

4.

Una onda de TV UHF de 650 MHz tiene una frecuencia igual a:

La onda de un satélite de comunicación 5GHz tiene una frecuencia de:

Las plantas al recibir la luz absorben el espectro visible, sin embargo, reflejan el color verde la cual es captada por nuestros ojos y por eso las vemos de este color, la longitud de onda de una tonalidad de verde es igual a 540nm por lo que su frecuencia es:

ACTIVIDAD N° 3: Calcula la energía de los fotones de las siguientes radiaciones cuyas se dan a continuación. Ordena las frecuencias de onda de menor a mayor y compara con las energías correspondientes de cada fotón e infiere. 

Luz roja = 4,9 x 1014 Hz



Luz UV = 3,0 x 1015 HZ



Rayos X = 5,0 x 1016 Hz



Luz azul = 5,8 x 1014 Hz



IR = 6,1 x 1012 Hz

ACTIVIDAD N° 4: Calcula: 1. La energía de un fotón con una frecuencia de 2,85 · 1012 Hz es: a) 1,89 · 10-23J b) 6,97 · 10-38J c) 1,89 · 10-21J d) 6,97. 1045J

b) 1000 c) 5000 d) 760 4. ¿Cuál es la longitud de onda de la radiación que tiene una energía fotónica de 2,15 ·10-20 J? a) 3,25·10-20m b) 9.24·10-6m c) 4.24·10-46m d) 1.24·10-10m

2. ¿Cuántos fotones con una frecuencia de 1,50 x 1014 se necesitan para proporcionar 30,1 J de energía? a) 9,24 · 10-20 b) 3,03·1019 c) 3,03·1020 d) 9,24·1020

5. ¿Cuál es la energía de un fotón cuya longitud de onda es 3,34·10-6? a) 2.31·10-39J b) 3.03·1020J c) 1.98·10-28J d) 5.94·10-20 J

3. La longitud de onda de la radiación cuyo fotón tiene 19,8.10-18J de energía es: a) 100

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:  

Owen, S. (2014), Chemistry for the IB Diploma, Reino Unido: Cambridge University. Instituto de Ciencias y Humanidades (2010), Química: principios y aplicaciones. Perú: Asociación Fondo de Investigadores y Editores.

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