Download Power Point - Modelos atómicos Ficheiro

La Física hacia 1900
• Mecánica (leyes de Newton)
• Electromagnetismo (Ecs. de Maxwell)
• Termodinámica clásica (Principio de
conservación de la energía) y teoría Cinética
Explican CASI todos los fenómenos
conocidos...EXCEPTO...
• Radiación del cuerpo negro
• Estabilidad de átomo
• Líneas espectrales discretas
• Efecto fotoeléctrico
Espectro electromagnético
La serie de Balmer
Radiación del cuerpo negro
• Radiación térmica: Radiación emitida por
un cuerpo como consecuencia de su
temperatura
• Cuerpo Negro: emite espectro térmico de
características universales
Radiación del cuerpo
negro
Fórmula de Planck para la radiación de cuerpo negro
(1900)
Planck
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Hipótesis de Planck
La materia emite y absorbe energía
de manera DISCONTINUA, en
paquetes de energía o cuantos.
Max Planck (1858-1947)
constante de Planck
• Propagación de la luz → Prop. Ondulatorias
• Intercambio de energía
luz - materia
→ Prop. corpusculares
Ondas y partículas
• La física hacia 1900:
PARTICULAS
• Localizadas en el espacio
• Parámetros característicos:
Posición y Velocidad bien definidos
ONDAS
• Deslocalizadas en el espacio
• Parámetros característicos:
Longitud de onda (λ) o Frecuencia (f)
Efecto Fotoeléctrico
LUZ
Electrones
Metal
Emisión de electrones por absorción de Luz
http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Photoelectric_Effect
Características del efecto
fotoeléctrico
• Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la
radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen
fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.
• La emisión electrónica es instantánea
• La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad
de la radiación que incide sobre la superficie del metal.
• La velocidad de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia
de la radiación incidente. No depende de la intensidad de la luz.
Explicación del efecto
fotoeléctrico
• La luz está compuesta por
partículas de energía, los
fotones
Albert Einstein (1905)
• Intercambio de energía
luz - materia
→ Prop. corpusculares
Propagación de la luz →Prop. corpusculares
Prop. Ondulatorias
Naturaleza DUAL de la luz
Modelo Atómico de Bohr
Postulados:
– El electrón del átomo de Hidrógeno puede describir solamente
ciertas órbitas circulares, las que cumplen que mvr = n h/2π
El electrón posee una energía definida y característica de la
órbita que describe, está cuantizada:
E = - k/n2
– Un electrón situado en el nivel n = 1 no emite energía.
– Un electrón sólo absorbe y emite aquellas radiaciones que le
permiten adquirir un valor de energía permitido:
|Ei - Ej| = h.f
Dichas transiciones están asociadas con una línea espectral
característica.
El modelo de Bohr del atomo de hidrógeno
(1913)
Bohr
LIMITACIONES DEL MODELO DE BOHR
• El modelo de Bohr fallaba al intentar explicar los
espectros de los átomos polielectrónicos e incluso
con el espectro del hidrógeno cuando se utilizaron
espectroscopios más potentes.
•Sus postulados son una mezcla de Física clásica y
cuántica: introdujo restricciones cuánticas en una
concepción clásica del átomo.
•Su primer postulado es semiempírico, si no
arbirario.
•No suministra una teoría válida sobre el enlace
químico.
Hipótesis de De Broglie
Toda partícula en movimiento
lleva asociada una onda
caracterizada por:
λ = h/p
Siendo: h = constante de Planck
Príncipe Louis-Victor
Pierre Raymond de
Broglie (1892-1987).
Premio Nobel en 1929
p = momento lineal de la
partícula
λ = longitud de onda
(de la onda asociada a la
partícula)
Hipótesis de De Broglie
• La λ asociada a partículas macroscópicas es despreciable.
Una mota de polvo de m = 1 mg que se moviese con v = 1μ/s llevaría asociada una
onda de λ = 6,6.10-22 m
• La λ asociada al electrón es relevante. Sus dimensiones
son comparables con las del átomo
• El electrón posee naturaleza dual: se manifestará como
onda o como partícula según el experimento realizado.
Confirmación Hipótesis de De Broglie
Clinton Davisson y
Lester Germer.
G.P. Thomson
Premio Nobel
en 1937
Premio Nobel
en 1937
• En 1927 observan la difracción de electrones por una red
cristalina.
• Dicho experimento confirma la naturaleza ondulatoria del
electrón.
Hipótesis de De Broglie:
Justificación primer postulado de Bohr
• La onda asociada a un electrón debe ser
estacionaria. En consecuencia, las únicas
órbitas posibles son aquellas en las que las
ondas “empalman” perfectamente.
http://www.maloka.org/f2000/quantumzone/d
ebroglie.html
Hipótesis de De Broglie:
Justificación primer postulado de Bohr
longitud circunferencia = 2πr
2πr = nλ
2πr = nh/mv
λ =h/mv
reorganizando términos
mvr = nh/ 2π
¡Primer postulado de Bohr!
• La naturaleza ondulatoria del electrón es
responsable de la validez del primer postulado
de Bohr.
Principio de Heisenberg
•
• Es imposible determinar
simultáneamente y con
total
precisión
la
posición y la velocidad
de
una
partícula
subatómica.
• Δpx·Δx ≥ h/4π
Werner Heisenberg (1901-1976).
Premio Nobel en 1932.
Principio de Heisenberg
A mayor sensación de movimiento, límites menos definidos
Consecuencias del Principio de Heisemberg
• El concepto de trayectoria, válido en la
Física Newtoniana, carece de significado
en la Física Cuántica.
• Se reemplazará el concepto de órbita por
el de orbital.
http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/fisicayquimi/lamateria/modelos
_atomicos_sin_ejerc..swf
Bases del modelo mecano-cuántico
• Ideas cuánticas
• Hipótesis de De Broglie
• Principio de Heisemberg
Modelos mecano-cuánticos
• Mecánica ondulatoria de Schrödinger
• Mecánica matricial de Heisenberg
Ecuación de ondas de Schrödinger
• Formulada en 1926
• Considerando
el
carácter
ondulatorio del electrón, define
una función de ondas, Ψ.
Schrodinger
• La ecuación establece que la
energía total del átomo de
hidrógeno, E, es la suma de la
energía potencial y su energía
cinética: H Ψ = E Ψ
Ecuación de ondas de Schrödinger
• Al resolverla se obtiene que la función Ψ
depende de una serie de parámetros, que
se corresponden con los números
cuánticos, tal y como se definen en el
modelo atómico de Böhr-Sommerfield
• La cuantización de la energía no se
introduce como postulado.
Ecuación de ondas de Schrödinger
• La magnitud Ψ2 es una medida de la densidad
electrónica, corresponde a la probabilidad de encontrar
a un electrón de energía determinada en una región
dada.
• El electrón se encuentra esparcido en el espacio, siendo
su densidad máxima en los lugares en que es probable
encontrar al electrón corpuscular.
• Se define el orbital atómico
Modelo mecano-cuántico
• Schrödinger afirmó que los cambios en la
emisión de energía eran causados no por los
saltos de los electrones entre órbitas, como
había dicho Bohr, sino por cambios de un
tipo de esquema y frecuencia de onda a otro.
Solamente existen soluciones para valores discretos de la energía
y del momento angular
n = 0, 1, 2, 3...
l = s, p, d, f
Átomo de hidrógeno
n=3 s
n=2
s
n=1
E= E(n) =- RH / n2
p
d
p
s
Átomos polielectrónicos
n=3 s
n=2 s
n=1 s
p
p
E= E(n,l)
d
s n=4
ÓRBITALES