Introducción a la Física Atómica volumen

Fisica moderna

1. Dispersión ordinaria de la luz por un prisma. Dispersión de la luz por una rendija.

2. ESPECTROS ATÓMICOS DE LOS GASES (a) Espectros de emisión para el hidrógeno, el mercurio y el neón. (b) Espectro de absorción para el hidrógeno

3. ESPECTROS ATÓMICOS DE LOS GASES Johann Balmer (1885) obtuvo la fórmula empírica de las líneas en el espectro visible y violeta cercano del hidrógeno.   Balmer sugirió que su fórmula podría ser un caso especial de una expresión más general aplicable a los espectros de otros elementos cuando están ionizados a un solo electrón, es decir elementos hidrogenoides.   J. R. Rydberg and W. Ritz

4. ESPECTROS ATÓMICOS DE LOS GASES Serie de Balmer de líneas espectrales para el átomo de hidrógeno         Longitud de onda más corta de la serie  

5.         Serie de Lyman (ultravioleta) Serie de Balmer (visible-ultravioleta) Serie de Paschen ( infrarojo ) Serie de Brackett ( infrarojo )   Serie de Pfund ( infrarojo )

6. PRIMEROS MODELOS ATÓMICOS Joseph John Thomson (1897) estableció la relación (carga-masa del electrón).   J. J. Thomson (1898) propuso un modelo del átomo eléctricamente neutro. El modelo describe al átomo como una región en la cual una carga positiva está dispersa en el espacio, con electrones incrustados por toda la región, en forma muy similar a las semillas dentro de una sandía o las pasas dentro de un pan. El modelo solo puede explicar la materia es eléctricamente neutra.

7. MODELO DE RUTHERFORD

8. MODELO DE RUTHERFORD No puede explicar el espectro de líneas del átomo puesto que la emisión de radiación por partículas cargadas aceleradas se da de manera continua. La carga positiva del átomo está concentrada en una región reducida en comparación con el tamaño de éste. A esta le denominó núcleo del átomo. Los electrones se encuentran en un volumen relativamente grande fuera del núcleo moviéndose en órbitas alrededor de éste, así como los planetas giran alrededor del sol. Los electrones están sometidos a una aceleración centrípeta y deberían emitir ondas electromagnéticas a la frecuencia del movimiento, pero esto lo haría perder energía y colapsaría con el núcleo.

9. MODELO DE BOHR Modelo semiclásico que incorporó elementos de la teoría cuántica de Planck, modelo de fotones de Einstein, modelo planetario de Rutherford y la Mecánica de Newton. El electrón se mueve en órbitas circulares alrededor del núcleo bajo la influencia de la fuerza eléctrica de atracción. El electrón se mueve en órbitas circulares alrededor del núcleo bajo la influencia de la fuerza eléctrica de atracción. Sólo ciertas órbitas del electrón son estables, las cuales corresponden a estados de energía constante denominados estados estacionarios . El electrón no emite energía en forma de radiación continua mientras se encuentra en esas órbitas.

10. MODELO DE BOHR La radiación es emitida por el átomo cuando el electrón hace una transición de una órbita inicial de mayor energía a una de menor energía. En la transición se emite un fotón cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre los estados inicial y final es decir, que la frecuencia del fotón no es igual a la frecuencia del movimiento orbital del electrón.   Similarmente un fotón puede ser absorbido por el átomo siempre que su energía sea igual a la diferencia de energía entre el estado inicial de menor energía y final de mayor energía, en este caso   Similarmente un fotón puede ser absorbido por el átomo siempre que su energía sea igual a la diferencia de energía entre el estado inicial de menor energía y final de mayor energía, en este caso   Las órbitas permitidas son aquellas para las cuales el momento angular orbital cumple la condición  

11.     MODELO DE BOHR Movimiento Circular Uniforme:                        

13.   ÁTOMOS HIDROGENOIDES Bohr extendió su modelo del hidrógeno a otros elementos a los que se les había retirado todos los electrones menos uno, es decir iones con un núcleo más pesado, pero con un solo electrón. Ej :              

14. ÁTOMO DE BOHR

15. ÁTOMO DE BOHR Principio de Correspondencia de Bohr: En el límite de los números cuánticos grandes los resultados de la Física Cuántica deben coincidir con los de la Física Clásica

16. ÁTOMO DE BOHR

17. ÁTOMO DE BOHR

18. REDUCED MASS CORRECTION         Axis of rotation                          

19.               El deuterio es un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo está compuesto por un protón y un neutrón, de manera que su masa es casi el doble de la del hidrógeno común y por consiguiente la masa reducida del deuterio es mayor que la del hidrógeno. Esta diferencia fue clave en el descubrimiento del deuterio (hidrógeno pesado) por H. C. Urey (US) premio nobel de Química (1934)

20. (a) Qué valor de se asocia con la línea espectral 94.96 nm en la serie de Lyman del hidrógeno? (b) ¿Podría asociarse esta longitud de onda con la serie de Paschen o con la serie de Balmer? ¿La longitud de onda de las posibles líneas de emisión en las series espectrales del átomo de hidrógeno puede disminuir sin límites? Si la energía de un átomo de hidrógeno es -E entonces la energía cinética del electrón es E. a) Un átomo de hidrógeno en el estado fundamental puede absorber un fotón de energía menor que 13.6 eV? y (b) ¿Uno de energía mayor que 13,6 eV? ¿El estado fundamental del átomo de hidrógeno tiene cantidad de movimiento angular orbital igual a ? Si sobre un átomo de hidrógeno en su estado fundamental inciden electrones cada uno con energía cinética de 10.5 eV, ¿el átomo se excita a un estado de energía permitido superior?. Suponga que la energía de ionización de un átomo es de 4.1 eV. En el espectro de este mismo átomo se observan líneas de emisión con longitudes de onda de 310 nm, 400 nm y 1377,8 nm. Elabore el diagrama de niveles de energía con el mínimo de niveles y suponga que los niveles superiores están más cercanos entre sí. Se puede inferir que la energía del tercer estado excitado es - 0,1 eV ( )  

21. ¿Por qué es imposible la siguiente situación? Un fotón de longitud de onda 88.0 nm golpea una superficie de aluminio limpio, expulsando un fotoelectrón. Después el fotoelectrón impacta un átomo de hidrógeno en su estado fundamental, transfiriéndole energía al mismo y excitándolo a un estado cuántico más alto. Haciendo uso del principio de incertidumbre en la forma , donde r denota la coordenada radial, estimar la energía mínima del electrón en el átomo de hidrógeno. El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno viola el principio de incertidumbre ( ) Si el electrón en el átomo de hidrógeno obedeciera a la Mecánica Clásica entonces un gas hipotético de este tipo de átomos emitiría un espectro continuo de energía ( ) El espectro de emisión de un elemento se da en las mismas longitudes de onda que el espectro de absorción ( ) El momento angular orbital del átomo de hidrógeno según el modelo de Bohr es igual a una constante ( ) Si la energía de un átomo de hidrógeno es -E entonces la energía cinética del electrón es E ( ) Un átomo de hidrógeno hace una transición del tercer estado excitado al primer estado excitado emitiendo un fotón de luz ultravioleta ( )  

22. La longitud de onda más corta que puede emitir el átomo de hidrógeno es 91,2 nm ( ) Un haz de electrones acelerados a una diferencia de potencial de 12,094 voltios incide sobre hidrógeno gaseoso en el estado base, en consecuencia, los átomos pueden emitir la primera línea de la serie de Balmer ( ) Suponga que la energía de ionización de un átomo es de 4.1 eV. En el espectro de este mismo átomo se observan líneas de emisión con longitudes de onda de 310 nm, 400 nm y 1377,8 nm. Se puede inferir de esta información que la energía del tercer estado excitado es -0,1 eV ( ) La energía requerida para remover los dos electrones del átomo de helio es de 79,0 eV, en consecuencia, la energía requerida para ionizar el helio, es decir, remover del átomo un electrón es de 39,5 eV ( ) Es posible que un muón sea capturado por un protón para formar un átomo muónico . Un muón es idéntico a un electrón excepto por su masa, la cual es . La energía del estado base de este átomo es -2500 eV ( ) La longitud de onda más corta emitida en la serie de Lyman para el átomo muónico tien e un valor de 0,492 nm ( )