© CSN– 20091

Estructura del átomo

© CSN– 20092IRD-DR-GR-PW1

1. Introducción

2. Estructura atómica1. La corteza electrónica

2. El núcleo

3. Nomenclatura nuclear

4. Excitación e ionización.

3. Unidades de masa y energía en Física atómica

4. Radiación electromagnética.1. Naturaleza de la radiación electromagnética

2. El fotón.

© CSN– 20093IRD-DR-GR-PW1

1. Introducción

El átomo es la cantidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades químicas.

EL ÁTOMO XA

Z •Toda la materia está constituida por átomos

Los átomos de cada elemento son iguales entre sí, pero distintos de los de otros elementos

Los compuestos químicos se forman por la combinación de los átomos de los distintos elementos

© CSN– 20094IRD-DR-GR-PW1

2. Estructura atómica

ÁtomoCorteza electrónica

NúcleoTamaño núcleo-átomo

¡¡Guisante en un campo de fútbol!!

© CSN– 20095IRD-DR-GR-PW1

2.1 Corteza electrónica.

K

LM

La energía de ligadura de los electrones varía con el radio de la órbita en que se encuentren.

Representación del átomo en su estado fundamental (Mínima energía)

Si los electrones tienen energía suficiente pasan a órbitas más alejadas

© CSN– 20096IRD-DR-GR-PW1

2.2 El núcleo.

ProtónProtón

Neutrón.Neutrón.

El núcleo está formado por Z protones y A-Z neutrones (N). A estas partículas se las conoce como nucleones.

XA

Z

© CSN– 20097

Hoy sabemos que el átomo es divisible, puesto que está formado por partículas más pequeñas, llamadas

partículas subatómicas.

Estas pueden ser de tres tipos:

Los protones y los neutrones están en el núcleo y los electrones están en continuo

movimiento formando una “corteza” alrededor del núcleo.

ProtonesNeutrones

Electrones

© CSN– 20098

LOS PROTONES:

• Se encuentran en el núcleo

• Tienen carga eléctrica positiva

• Poseen una masa semejante a la del átomo de hidrógeno

© CSN– 20099

LOS NEUTRONES:

• Constituyen los núcleos de los átomos junto con los protones.

• No tienen carga eléctrica (son neutros)

• Poseen una masa prácticamente igual a la del protón

© CSN– 200910

LOS ELECTRONES:

• Poseen una masa 1.840 veces menor que la del átomo más pequeño (el de

hidrógeno)

• Tienen carga eléctrica negativa

• Se están moviendo constantemente alrededor del núcleo siguiendo unas

“órbitas”

© CSN– 200911

ÁTOMO

Núcleo: Protones Neutrones

Corteza: electrones

© CSN– 200912

RESUMIENDO:

PARTÍCULA LOCALIZACIÓN MASA CARGA

Protón

Neutrón

Electrón

u.m.a. = unidad de masa atómica (masa de un átomo de hidrógeno)

Núcleo

Núcleo

Corteza

1 u.m.a.

1 u.m.a.

1/1840 u.m.a.

Positiva

No tiene

Negativa

© CSN– 200913IRD-DR-GR-PW1

2.3 Nomenclatura nuclear.

XA

Z

A= número másico = número de neutrones + número de protones.

Z= número atómico = número de protones = número de electrones.

X= Elemento químico

• Las propiedades del elemento químico están fijadas por Z

• Átomos con el mismo Z y distinto A siguen siendo el mismo elemento. Se les conoce como isótopos.

• Átomos con el mismo N (=A-Z) y distinto Z son átomos diferentes. Se les conoce como isótonos.

• Átomos con el mismo A pero distinto N y distinto Z son distintos elementos. Se les conoce como isóbaros.

Isótopos del Hidrógeno.

© CSN– 200914IRD-DR-GR-PW1

2.3 Nomenclatura nuclear.

© CSN– 200915IRD-DR-GR-PW1

Z

N

Para tener en cuenta el número de neutrones se emplea la tabla de nucleidos.

2.3 Nomenclatura nuclear.

© CSN– 200916IRD-DR-GR-PW1

2.4 Excitación e Ionización

Estado fundamental Excitación Átomo excitado Desexcitación

Estado fundamental Átomo ionizadoIonización

++

© CSN– 200917

Iones: Se forman cuando un átomo neutro gana o pierde electrones de la corteza

• CATIÓN:

• IÓN POSITIVO

• SE FORMA CUANDO EL ÁTOMO NEUTRO PIERDE UNO O MÁS ELECTRONES DE LA CORTEZA

• ANIÓN:

• ION NEGATIVO

• SE FORMA CUANDO EL ÁTOMO NEUTRO GANA UNO O MÉS ELECTRONES

© CSN– 200918

Formación de un catión

© CSN– 200919

Formación de un catión

© CSN– 200920

Pérdida de un electrón

Li0

Li+1

+ 3 (p+) – 3(e)= 0 + 3 (p+) – 2(e)= +1

CATIÓN

© CSN– 200921

ANIÓN

ganancia de un electrón

+ 9 (p+) – 9(e)= 0 + 9 (p+) - 10(e)= -1

F F0 -

1

© CSN– 200922

ENLACE IÓNICO

• Los átomos neutros de Na y Cl se convierten en iones

• El Na cede 1 electrón y se convierte en catión, para tener 8 electrones en su capa de valencia

• El Cl capta un electrón y se convierte en anión, para tener 8 electrones en su última capa

• Cómo iones se unen por atracción electroestática

• Forman un enlace iónico

© CSN– 200923

Enlace covalente

• Los átomos comparten electrones para alcanzar los 8 electrones en la capa de valencia

© CSN– 200924

ENLACE COVALENTE ENTRE H E H PARA FORMAR H2

© CSN– 200925

RPRESENTACIÓN DEL ENLACE ENTRE O Y O PARA FORMAR O2

© CSN– 200926IRD-DR-GR-PW1

3. Unidades de masa y energía

Energía

Electronvoltio eV

Kiloelectronvoltio KeV 1000 eV = 103 eV

Megaelectronvoltio MeV 1000000 eV = 106 eV

Gigaelectrovoltio GeV 1000000000 eV = 109 eV

DIMENSIONES

Átomos 10-10 m

Núcleo 10-15 m

1 eV1 eV = energía cinética que adquiere un e, inicialmente en reposo, cuando se le somete a una diferencia de potencial de 1 voltio.

MASA

Neutrón ~ 1,008 u.m.a. =1,675 · 10 -27 kg

Protón ~ 1,007 u.m.a. =1,673 · 10 -27 kg

Electrón 1/1836 u.m.a. = 9,11 · 10 -31 kg

1 u.m.a.1 u.m.a. = Unidad atómica de masa= 1/12 átomo 12C (Carbono con 6 p + 6 n) 1 uma = 1,6606 x 10-27 Kg 1 kg = 1/1,606 x 10-27 uma = 6,22 x 1026 uma

Kilo = 103

Mega = 106

Giga = 109 Fermi = 10-15

Nano = 10-9

Mili = 10-3

Pico = 10-12

Micro = 10-6

El átomo es muy pequeño, por eso necesitamos definir unidades convenientes

Múltiplos

Podemos expresar la masa con unidades de energía empleando las ecuación de Einstein: E = m cE = m c22 donde c = 3 x 108 m/s.

© CSN– 200927IRD-DR-GR-PW1

4. Radiación electromagnéticaRadiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material.

y

Z

X

O

Está formada por dos campos, eléctrico (E) y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares.

= frecuencia= número de oscilaciones por segundo

= longitud de onda= distancia entre dos puntos de la misma fase.

Todas las ondas se caracterizan

por: λλ y νν

La velocidad de propagación en el vacío

de las ondas EM es constante: cc = 3 x 10 = 3 x 1088 m/sm/s

Para todas las ondas EM se cumple la relación:

c = c = λ λ

Espectro EMEspectro EM

© CSN– 200929IRD-DR-GR-PW1

FotónFotón: corpúsculo de energía sin soporte material, equivalente a una energía cinética:

donde h = 6,62 · 10-34 J·s. (Cte de Plank)

4.2 El Fotón

E = h · E = h · vv = h · c/ = h · c/λλ

Los fenómenos físicos asociados a la Radiación EM sólo se pueden explicar si se le asocia una dualidad en el comportamiento:

OndaOnda Partícula o corpúsculo = FOTÓNPartícula o corpúsculo = FOTÓN

♦ El carácter ondulatorio explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción.

♦ El carácter corpuscular explica los fenómenos de interacción con la materia.

Transicionesátomo H

© CSN– 200931IRD-DR-GR-PW1

Serie de Paschen(infrarrojo)

Serie de Pfund

Serie deBrackett

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

0 2 4 6 8

Serie de Lyman

(ultrav ioleta)

Serie de Balmer

n = 1

x 10 cm- 8

Transiciones posibles del e- del hidrógeno.