Mapa Conceptual 2 Victor Hernandez

Segundo Resumen de la Unidad 1 Teoría cuántica y estructura atómica

1.2.4  ESPECTROS DE EMISIÓN Y SERIES ESPECTRALES

ESPECTROS DE EMISIÓN: Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo previamente excitado.

- Los espectros de emisión continuos se obtienen al pasar las radiaciones de cualquier sólido incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la misma Temperatura producen espectros de emisión iguales.

La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran.

los elementos químicos en estado gaseoso y sometido a temperaturas elevadas producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que corresponden a emisiones de sólo algunas longitudes de onda. El siguiente gráfico muestra el espectro de emisión del sodio.

Los espectros de emisión discontinuos se obtienen al pasar la luz de vapor o gas excitado. Las radiaciones emitidas son características de los átomos excitados.

Series espectrales.

Las diferentes líneas que aparecieron en el espectro del hidrógeno se podían agrupan en diferentes series cuya longitud de onda es más parecida:

·      

Serie Lyman:        zona ultravioleta del espectro.

·       Serie Balmer:       zona visible del espectro.

·       Serie Paschen     zona infrarroja del espectro.

·       Serie Bracket:      zona infrarroja del espectro.

·       Serie Pfund:         zona infrarroja del espectro.

Espectros de Absorción

Así como muchos importantes descubrimientos científicos, las observaciones de Fraunhofer sobre las líneas espectrales del sol fue completamente accidental. Fraunhofer no estaba observando nada de ese tipo; simplemente estaba probando algunos modernos prismas que el había hecho. Cuando la luz del sol pasó por una pequeña hendidura y luego a través del prisma, formó un espectro con los colores del arco iris, tal como Fraunhofer   esperaba, pero para su sorpresa, el espectro contenía una serie de líneas oscuras.

¿Líneas oscuras? Eso es lo opuesto de todo lo que hemos venido hablando. Usted me ha dicho que los diferentes elementos crean una serie de líneas brillantes a determinadas longitudes de onda.

Eso es lo que ocurre cuando un elemento es calentado. En términos del modelo de Bohr, el calentar los átomos les da una cierta energía extra, así que algunos electrones pueden saltar a niveles superiores de energía. Entonces, cuando uno de estos electrones vuelve al nivel inferior, emite un fotón--en una de las frecuencias especiales de ese elemento, por supuesto.

1.3 Modelo atómico de Bohr

El modelo atómico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo cuantizado del átomo que Bohr propuso en 1913 para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo. Este modelo planetario es un modelo funcional que no representa el átomo (objeto físico) en sí sino que explica su funcionamiento por medio de ecuaciones.

Niels Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para realizar el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atómico capaz de explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los gases. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr partía conceptualmente del modelo atómico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuantización que habían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein. Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todavía utilizado frecuentemente como una simplificación de la estructura de la materia.

En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana posible al núcleo. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero n que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de Número Cuántico Principal.

Bohr supuso además que el momento angular de cada electrón estaba cuantizado y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba del núcleo cada una de las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno.

Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la "K" y terminaban en la "Q". Posteriormente los niveles electrónicos se ordenaron por números. Cada órbita tiene electrones con distintos niveles de energía obtenida que después se tiene que liberar y por esa razón el electrón va saltando de una órbita a otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel adecuado, dependiendo de la energía que posea, para liberarse sin problema y de nuevo volver a su órbita de origen.

Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podría ser explicado algunos años más tarde gracias al modelo atómico de Sommerfeld. Históricamente el desarrollo del modelo atómico de Bohr junto con la dualidad onda-corpúsculo permitiría a Erwin Schrödinger descubrir la ecuación fundamental de la mecánica cuántica.

Postulados de Bohr

En 1913, Niels Bohr desarrolló su célebre modelo atómico de acuerdo a cuatro postulados fundamentales:

1.   Los electrones orbitan el átomo en niveles discretos y cuantizados de energía, es decir, no todas las órbitas están permitidas, tan sólo un número finito de éstas.

2.   Los electrones pueden saltar de un nivel electrónico a otro sin pasar por estados intermedios.

3.   El salto de un electrón de un nivel cuántico a otro implica la emisión o absorción de un único cuanto de luz (fotón) cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas.

4.   Las órbitas permitidas tienen valores discretos o cuantizados del momento angular orbital L de acuerdo con la siguiente ecuación:

Donde n = 1,2,3,… es el número cuántico angular o número cuántico principal.

La cuarta hipótesis asume que el valor mínimo de n es 1. Este valor corresponde a un mínimo radio de la órbita del electrón de 0.0529 nm. A esta distancia se le denomina radio de Bohr. Un electrón en este nivel fundamental no puede descender a niveles inferiores emitiendo energía.

Se puede demostrar que este conjunto de hipótesis corresponde a la hipótesis de que los electrones estables orbitando un átomo están descritos por funciones de onda estacionarias. Un modelo atómico es una representación que describe las partes que tiene un átomo y como están dispuestas para formar un todo.

Basándose en la constante de Planck consiguió cuantizar las órbitas observando las líneas del espectro.

1.3.1 Teoría atómica de Bohr-Sommerfeld

El físico alemán Arnold Sommerfeld, crea en 1916, el modelo atómico que lleva su nombre, para dar algunas mejoras al modelo atómico de Bohr, ayudándose de la relatividad deAlbert Einstein

El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno, sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que existía un error en el modelo. Su conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles, es decir, energías ligeramente diferentes. Además desde el punto de vista teórico, Sommerfeld había encontrado que en ciertos átomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld estudió la cuestión para electrones relativistas.

Sommerfeld, llegó a la conclusión, de que este comportamiento de los electrones  se podía explicar, diciendo que dentro de un mismo nivel de energía existían distintos  subniveles energéticos, lo que hacía que hubiesen diversas variaciones de energía, dentro de un mismo nivel teóricamente, Sommerfeld había encontrado que en algunos átomos, las velocidades que experimentaban los electrones llegaban a ser cercanas a la de la luz, así que se dedicó a estudiar los electrones como relativistas.

1.4 TEORIA CUANTICA

La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Se trata de una teoría que reúne al formalismo matemático y conceptual, y recoge un conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX, para dar explicación a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con las concepciones físicas vigentes.

La teoría Cuántica, es una teoría Física basada en la utilización del concepto de unidad Cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

1.4.1PRINCIPIO DE DUALIDAD, POSTULADO DE BROGLIE

El físico francés Louis de Broglie en 1924, considero, que la luz no solo es un efecto corpuscular sino también ondulatorio. La dualidad onda-corpúsculo es la posesión de propiedades tanto ondulatorias como corpusculares por parte de los objetos subatómicos. La teoría de la dualidad de la materia considera que la materia tiene un comportamiento corpúsculo-onda ó partícula-onda.

Postulados de Broglie:

Diversos experimentos de óptica aplicada llevaron a la consideración de la luz como una onda.

De otra parte el efecto fotoeléctrico demostró la naturaleza corpuscular de la luz (fotones)

En 1924 De Broglie que el comportamiento dual de la onda-partícula dado a la luz, podría extenderse con un razonamiento similar, a la materia en general. Las partículas materiales muy pequeñas (electrones, protones, átomos y moléculas) bajo ciertas circunstancias pueden comportarse como ondas. En otras palabras, las ondas tienen propiedades materiales y las partículas propiedades ondulatorias (ondas de materia)

Según la concepción de Broglie, los electrones en su movimiento deben tener una cierta longitud de onda por consiguiente debe haber una relación entre las propiedades de los electrones en movimiento y las propiedades de los fotones.

La longitud de onda asociada a un fotón puede calcularse:

ð Longitud de onda en cm.

H= Constante de Planck = 6,625 x 10-27 ergios/seg.

M= Masa.

C= Velocidad de la Luz.

Esta ecuación se puede aplicar a una partícula con masa (m) y velocidad (v), cuya longitud de onda (ðð) sería:

Una de las más importantes aplicaciones del carácter ondulatorio de las partículas materiales es el microscopio electrónico, en el cual en vez de rayos de luz se emplea una corriente de electrones.

1.4.2 Principio de incertidumbre de Heisenberg

El físico alemán Werner K. Heisenberg es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX.

Heisenberg, uno de los primeros físicos teóricos del mundo, realizó sus aportaciones más importantes en la teoría de la estructura atómica. En 1925 comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial, en el que la formulación matemática se basaba en las frecuencias y amplitudes de las radiaciones absorbidas y emitidas por el átomo y en los niveles de energía del sistema atómico.

Heisenberg presentó su modelo atómico, negándose a describir al átomo como un compuesto de partículas y ondas, ya que pensaba que cualquier intento de describir al átomo de dicha manera fracasaría. Él prefería hacer referencia a los niveles de energía o a las órbitas de los electrones, usando términos numéricos, utilizando lo que llamó “mecánica de matriz”.

El principio de incertidumbre desempeñó un importante papel en el desarrollo de la mecánica cuántica y en el progreso del pensamiento filosófico moderno. En 1932, Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Entre sus numerosos escritos se encuentran Los principios físicos de la teoría cuántica, Radiación cósmica, Física y filosofía e Introducción a la teoría unificada de las partículas elementales.

Para conseguir entender mejor este principio, se suele pensar en el electrón, ya que para realizar la medida o para poder ver a esta partícula se necesita la ayuda de un fotón, que choque contra el electrón modificando su posición, así como su velocidad, pero siempre se comete un error al intentar medirlo, por muy perfecto que sea el instrumental que utilizamos para el experimento, éste introducirá un fallo imposible de anular.

En mecánica cuántica, las partículas no siguen caminos definidos, no se puede saber el valor exacto de las magnitudes físicas que explican el estado de movimiento de una partícula, solamente una estadística de su distribución, por lo cual  tampoco se puede saber la trayectoria de una partícula. Pero, en cambio si se puede decir que hay una cierta probabilidad de que una partícula esté en una región concreta del espacio en un momento dado.

El “principio de incertidumbre” influyó notablemente en el pensamiento físico y filosófico de la época. Es frecuente leer que el principio de la incertidumbre borra todas las certezas de la naturaleza, dando a entender, que la ciencia no sabe ni sabrá nunca hacia donde se dirige, ya que el conocimiento científico depende de la imprevisibilidad del Universo, donde la relación causa- efecto no siempre van de la mano. Su principio de incertidumbre jugó un papel importante, no solo en la ciencia , sino también en el avance del pensamiento filosófico actual.

1.4.3 Ecuación  de onda de Schrödinger

El físico austríaco, Erwin Schrödinger, desarrolló en 1925  la conocida ecuación que lleva su nombre. Esta ecuación es de gran importancia en la mecánica cuántica, donde juega un papel central, de la misma manera que la segunda ley de Newton en la mecánica.

Fue entre 1925 y 1930, cuando apareció la teoría de la mecánica cuántica, de la mano de un grupo de investigadores, donde destacaba Erwin Schrödinger. Esta teoría fue importante, no sólo por su relevancia e importante papel en la ciencia, sino también por la gran cantidad de conceptos científicos implicados en ella.

Son muchos los conceptos previos implicados en la ecuación de Schrödinger, empezando por los modelos atómicos. Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, todos ellos contribuyeron al modelo atómico actual, ideado por Erwin Schrödinger, modelo conocido como“Ecuación de onda”. Esta es una ecuación matemática que tiene en consideración varios aspectos:

·         La existencia de un núcleo atómico, donde se concentra la gran cantidad del volumen del átomo.

·         Los niveles energéticos donde se distribuyen los electrones según su energía.

·         La dualidad onda-partícula

·         La probabilidad de encontrar al electrón

A inicios del siglo XX se sabía que la luz podía comportarse como una partícula, o como una onda electromagnética, según las circunstancias, siendo el 1923, cuando De Broglie generalizó la dualidad a todas las partículas conocidas hasta el momento, proponiendo la hipótesis de que las partículas pueden ir asociadas a una onda, hecho que se comprobó experimentalmente cuatro años después, al observarse la difracción de electrones. En el caso de los fotones, De Broglie relacionó cada partícula libre con una energía E, con una cantidad de movimiento p, una frecuencia ν, y una longitud de onda λ, relacionándolas de la siguiente manera:

E = h ν

p = h / λ

Clinton Davisson y Lester Germer, realizaron la comprobación experimental, mostrando la longitud de onda relacionada a los electrones según la difracción siguiendo la fórmula de Bragg, que como había predicho De Broglie, se correspondía con la longitud de onda de su fórmula.

Schrödinger trató de escribir una ecuación siguiendo la anterior predicción de De Broglie pero reduciendo las escalas macroscópicas e la ecuación de la mecánica clásica, expresándose la energía mecánica total como:

E= p^2 / 2m + V ( r )

Max Born dio una correcta interpretación física para la función de la función de Schrödinger en 1926, sin embargo el carácter probabilístico introducido por Schrödinger provocó mucha desconfianza en los físicos, incluso aquellos con renombre, como por ejemplo, Albert Einstein.

La solución de esta ecuación, fue la función de onda, siendo ésta, una medida de probabilidad de encontrar al electrón en un espacio, conocido como orbital.
Las funciones de onda se transforman con el tiempo, siendo su evolución temporalestudiada en la famosa ecuación del físico austríaco.

Otros conceptos utilizados por Schrödinger se basan en la óptica y la mecánica, y el paralelismo de ambas.

A inicios de los años 30, Born le dio una interpretación probabilística distinta a la función de onda a la que De Broglie y Schrödinger habían dado, lo que le supuso el premio Nobel. En este trabajo, Born vio mediante formulas matriciales de mecánica cuántica, que los conjuntos cuánticos de estados, de manera natural construían espacios de Hilbert, para poder representar los estados físicos en cuántica.

Actualmente la ecuación se formula según la mecánica cuántica, donde el estado en un instante t, de un sistema definido por un elemento │Ψ ( t ) > en el espacio de Hilbert, y usando la notación de Dirac , se pueden representar todos los resultados posibles de todas las medidas de un sistema.

Con la ecuación de Schrödinger describe la evolución temporal de │Ψ ( t ) > :

La ecuación también tiene limitaciones:

-No es una ecuación relativista, solamente puede describir partículas que tengan un momento lineal pequeño en comparación con la energía que tenga en reposo dividida por la velocidad de la luz.

-Esta ecuación no añade el espín en las partículas adecuadamente. Fue Dirac, más tarde, quien incorporó los espines a la ahora conocida como ecuación de Dirac, introduciendo además efectos relativistas.

Mapa conceptual de Nestor Ledezma Garcia

Teoría ondulatoria

mapa conceptual 1.1 enrique vitales

Tarea de Quimica Enrique Vitales

Mapa Conceptual Victor Hernandez t

Mapas conceptuales de la Teoría Cuántica y estructura atómica (Miriam L. Valdes Alpires)

resumen de :nestor lwilli ledezma garcia

BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORIA CUANTICA

Teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. 
Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927 y afirmaba que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

LA TEORIA CUANTICA POSEE.

Número Atómico.- Número de electrones que es igual a su número de protones del elemento.

Número de Masa.- Es la suma de protones y neutrones que contiene el núcleo.

Isótopo.- Es el elemento que tiene igual número atómico que otro con distinto número de neutrones y por lo tanto diferente número de masa.

Masa Atómica.- Es la suma promedio de los isótopos que existen en la naturaleza comparado con el carbono 12 (C¹²). Es la suma promedio de los isótopos.

Masa Formula.- Es la suma de la masa atómica de todos los átomos presentes en la formula.

Primer Resumen Unidad 1 Teoría cuántica y estructura atómica

1.1 Átomo 

El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. El núcleo está formado por protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros. Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.

Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su núcleo. El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el número de neutrones determina su isótopo. Un átomo con el mismo número de protones que de electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario posee un exceso de protones o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se denomina ion.

Los átomos son objetos muy pequeños con masas igualmente minúsculas: su diámetro y masa son del orden de la billonésima parte de un metro y cuatrillonésima parte de un gramo. Solo pueden ser observados mediante instrumentos especiales tales como un microscopio de efecto túnel. Más de un 99,94% de la masa del átomo está concentrada en su núcleo, en general repartida de manera aproximadamente equitativa entre protones y neutrones. El núcleo de un átomo puede ser inestable y sufrir una transmutación mediante desintegración radioactiva. Los electrones en la nube del átomo están repartidos en distintos niveles de energía u orbitales, y determinan las propiedades químicas del mismo

Partículas subatómicas

Una partícula subatómica es una partícula más pequeña que el átomo. Puede ser una partícula elemental o una compuesta, a su vez, por otras partículas subatómicas, como son los quarks, que componen los protones y neutrones. No obstante, existen otras partículas subatómicas, tanto compuestas como elementales, que no son parte del átomo, como es el caso de los neutrinos y bosones

Los primeros modelos atómicos consideraban básicamente tres tipos de partículas subatómicas: protones, electrones y neutrones. Más adelante el descubrimiento de la estructura interna de protones y neutrones, reveló que estas eran partículas compuestas. Además el tratamiento cuántico usual de las interacciones entre las partículas comporta que la cohesión del átomo requiere otras partículas bosónicas como los piones, gluones o fotones.

Los protones y neutrones por su parte están constituidos por quarks. Así un protón está formado por dos quarks up y un quark down. Los quarks se unen mediante partículas llamadas gluones. Existen seis tipos diferentes de quarks (up, down, bottom, top, extraño y encanto). Los protones se mantienen unidos a los neutrones por el efecto de los piones, que son mesones compuestos formados por parejas de quark y antiquark (a su vez unidos por gluones). Existen también otras partículas elementales que son responsables de las fuerzas electromagnética (los fotones) y débil (los neutrinos y los bosones W y Z).

Los electrones, que están cargados negativamente, tienen una masa 1/1836 de la del átomo de hidrógeno, proviniendo el resto de su masa del protón. El número atómico de un elemento es el número de protones (o el de electrones si el elemento es neutro). Los neutrones por su parte son partículas neutras con una masa muy similar a la del protón. Los distintos isótopos de un mismo elemento contienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. El número másico de un elemento es el número total de protones más neutrones que posee en su núcleo.

Las propiedades más interesantes de las 3 partículas constituyentes de la materia existente en el universo son:

Protón

Se encuentra en el núcleo. Su masa es de 1,6×10^-27 kg.¹ Tiene carga positiva igual en magnitud a la carga del electrón. El número atómico de un elemento indica el número de protones que tiene en el núcleo. Por ejemplo el núcleo del átomo de hidrógeno contiene un único protón, por lo que su número atómico (Z) es 1.

Electrón

Se encuentra en la corteza. Su masa aproximadamente es de 9,1×10^-31kg. Tiene carga eléctrica negativa (-1.602×10^-19C).²

Neutrón

Se encuentra en el núcleo. Su masa es casi igual que la del protón. No posee carga eléctrica.

El concepto de partícula elemental es hoy algo más oscuro debido a la existencia de cuasipartículas que si bien no pueden ser detectadas por un detector constituyen estados cuánticos cuya descripción fenomenológica es muy similar a la de una partícula

Resumen del tema 1.1.1

Rayos catódicos:

 Son corrientes de electrones observados en un tubo  de vacío que se equipan de por lo menos dos electrodos cátodo (negativo) y ánodo (positivo) en una configuración llamada diodo, al calentarse el cátodo emite radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas del cristal están cubiertas de material fluorescente brillan intensamente, una capa de metal entre dos electrodos proyecta una sombra en la capa fluorescente. Esto significa que la causa de emisión de luz son los rayos emitidos por el cátodo al golpear la capa fluorescente, los rayos viajan en línea recta hacia el ánodo y continúan más allá durante una cierta distancia, son desviados por campos magnéticos  y eléctricos (pueden ser producidos colocando electrodos de alto voltaje o imanes fuera del tubo de vacío­- esto explica los imanes en la pantalla de la tv.). El tubo de rayos catódicos (CRT) es conocido como tubo de crookes (invento de William Crookes) el CRT es la clave de los televisores los osciloscopios y las cámaras de tv.

Rayos anódicos:

Son conocidos también como canales o positivos, son haces de rayos positivos construidos por cationes atómicos  o moleculares que se desplazan hacia el electrodo negativo en un tubo de crookes, fueron observados por vez primera por Eugen Goldstein, además de Wilhelm Wien y Joseph Jonh Thompsonsobre los rayos anódicos, apareció la espectromia de masas.

Se forman cuando van desde el cátodo (-) y ánodo (+), chocan contra el gas encerrado en el tubo. Las partículas del mismo signo se repelen, los electrones que van hacia el ánodo arrancan electrones de la corteza de los átomos del gas el átomo se queda (+) al formarse un ion (+) estos  se precipita hacia el cátodo que los atrae la carga (-).

1.1.2  Radioactividad

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno químico-físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas fecisterografias, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. 

La radiactividad puede ser:

  Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.

  Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

Radioactividad natural

En 1896 Henri Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emiten radiaciones espontáneamente

El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio de Marie y Pierre Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas: eltorio, el polonio y el radio.  El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que se origina debido a la interacción neutrón-protón.        

 Ernest Rutherford en 1911,  demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio pueden ionizar el aire y producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente.

Con el uso del neutrón, partícula teorizada en 1920 por Ernest Rutherford, se consiguió describir la radiación beta.

En 1932, James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Rutherford había predicho en 1920, e inmediatamente después Enrico Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en fenómenos no muy comunes de desintegración son en realidad neutrones.

Radiactividad artificial

La radiactividad artificial, también llamada radiactividad inducida, se produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado, penetran el núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frederick Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa

Clases y componentes de la radiación

Se comprobó que la radiación puede ser de tres clases diferentes, conocidas como partículas, desintegraciones y radiación:

1.   Partícula alfa

1.    Desintegra

2.    Radiación gammación beta: 

Símbolo

Símbolo utilizado tradicionalmente para indicar la presencia de radiactividad.

Nuevo símbolo de advertencia de radiactividad adoptado por la ISO en 2007 para fuentes que puedan resultar peligrosas. Estándar ISO #21482.

El 15 de marzo de 1994, la Agencia Internacional de la Energía Atómica (AIEA) dio a conocer un nuevo símbolo de advertencia de radiactividad con validez internacional. La imagen fue probada en 11 países.

Contador Geiger

Un contador Geiger es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar.

                                                                                                                                       

Consecuencias para la salud de la exposición a las radiaciones ionizantes

Los efectos de la radiactividad sobre la salud son complejos. Dependen de la dosis absorbida por el organismo. Como no todas las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica cada radiación absorbida por un coeficiente de ponderación para tener en cuenta las diferencias. Esto se llama dosis equivalente, que se mide en sieverts (Sv). Una radiación alfa o beta es relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo. En cambio, es extremadamente peligrosa cuando se inhala. Por otro lado, las radiaciones gamma son siempre dañinas, puesto que se neutralizan con dificultad.

Riesgos para la salud

.

El riesgo para la salud no sólo depende de la intensidad de la radiación y de la duración de la exposición, sino también del tipo de tejido afectado y de su capacidad de absorción. Por ejemplo, los órganos reproductores son 50 veces más sensibles que la piel.

1.2  Base experimental de la teoría cuántica 

Teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. 
Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927 y afirmaba que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

La teoría cuántica posee.

Número Atómico.- Número de electrones que es igual a su número de protones del elemento.

Número de Masa.- Es la suma de protones y neutrones que contiene el núcleo.

Isótopo.- Es el elemento que tiene igual número atómico que otro con distinto número de neutrones y por lo tanto diferente número de masa.

Masa Atómica.- Es la suma promedio de los isótopos que existen en la naturaleza comparado con el carbono 12 (C¹²). Es la suma promedio de los isótopos.

Masa Formula.- Es la suma de la masa atómica de todos los átomos presentes en la formula.

Masa Molecular.- La suma de las masas atómicas de todos los átomos que forman una molécula y se expresa en U. M. A.

Negro de Carbono ó Negro de Humo.- producto del carbono derivado del petróleo y se asemeja a lo que es el cuerpo negro. Ejemplo: Las llantas de los carros.

PARA QUE NOS SIRVE LA TEORIA CUANTICA:

En la teoría cuántica se basan los semiconductores.

Dichos semiconductores son la base de los transistores, los microprocesadores, etc., etc. Imagina la utilidad de esta ciencia: EN ELLA SE BAS PRACTICAMENTE TODA LA ELECTRONICA!!!!(Computadoras, celulares, reproductores de música, televisores, etc., Esta cosa es realmente útil.

1.2.1  Teoría Ondulatoria de la Luz 

Fue idea del físico holandés C. Huygens. La luz se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad, impalpable que todo lo llena, incluyendo el vacío, puesto que la luz también se propaga en él. A este medio se le llamó éter. 

La energía luminosa no está concentrada en cada partícula, como en la teoría corpuscular sino que está repartida por todo el frente de onda. El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagación. La teoría ondulatoria explica perfectamente los fenómenos luminosos mediante una construcción geométrica llamada principio de Huygens. Además según esta teoría, la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos. a pesar de esto, la teoría de Huygens fue olvidada durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton.

En 1801 el inglés T. Young dio un gran impulso a la teoría ondulatoria explicando el fenómeno de las interferencias y midiendo las longitudes de onda correspondientes a los distintos colores del espectro. 
La teoría corpuscular era inadecuada para explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al incidir en un punto pudieran originar oscuridad.

La primera teoría es la básica que propone que la luz se comporta al igual que el sonido como una o varias ondas.

Por otro lado Einstein estaba de acuerdo en que la luz se comporta como partículas a las cuales llamó Photones.

La primera teoría es respaldada con los vidrios polarizados ya que estos solo dejan entrar ciertas ondas de luz.

Las últimas teorías proponen que la luz se comporta de ambas maneras

1.2.2  Radiación del cuerpo negro y teoría de                       Planck

Cuando un cuerpo es calentado emite radiación electromagnética en un amplio rango de frecuencias. El cuerpo negro (ideal) es aquel que además absorbe toda la radiación que llega a él sin reflejarla, de tal forma que sólo emite la correspondiente a su temperatura. A fines del siglo XIX fue posible medir la radiación de un cuerpo negro con mucha precisión. La intensidad de esta radiación puede en principio ser calculada utilizando las leyes del electromagnetismo. El problema de principios del siglo XX consistía en que si bien el espectro teórico y los resultados experimentales coincidían para bajas frecuencias (infrarrojo), estos diferían radicalmente a altas frecuencias. Este problema era conocido con el provocativo nombre de “la catástrofe ultravioleta”, ya que la predicción teórica diverge a infinito en ese límite.

Quien logró explicar este fenómeno fue Max Planck, en 1900, que debió para ello sacrificar los conceptos básicos de la concepción ondulatoria de la radiación electromagnética. Para resolver la catástrofe era necesario aceptar que la radiación no es emitida de manera continua sino en cuantos de energía discreta, a los que llamamos fotones. La energía de estos cuantos  es proporcional a su frecuencia y a la llamada constante de Planck, h = 6,6 10^-34 Joule x segundo, una de las constantes fundamentales de la física moderna. Cuando la frecuencia de la radiación es baja el efecto de la discretización se vuelve despreciable debido al minúsculo valor de la constante de Planck, y es perfectamente posible pensar al sistema como continuo, tal como lo hace el electromagnetismo clásico. Sin embargo, a frecuencias altas el efecto se vuelve notable. En 1905, Einstein utilizaría el concepto de fotón para explicar otro fenómeno problemático en el marco de la física clásica, la generación de una corriente eléctrica al aplicar luz monocromática sobre un circuito formado por chapas metálicas, conocido como el efecto fotoeléctrico. Einstein obtendría tiempo después el Premio Nobel por este importante hallazgo teórico.

Un cuerpo negro hace referencia a un objeto opaco que emite radiación térmica. Un cuerpo negro perfecto es aquel que absorbe toda la luz incidente y no refleja nada. A temperatura ambiente, un objeto de este tipo debería ser perfectamente negro (de ahí procede el término cuerpo negro.). Sin embargo, si se calienta a una temperatura alta, un cuerpo negro comenzará a brillar produciendo radiación térmica.

1.2.3  Efecto fotoeléctrico

Se dice que fue observado por primera vez en 1839 en Francia [1]. Sin embargo, hoy día se atribuye el descubrimiento a Heinrich Hertz en 1887. Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico por accidente, al tratar de probar la teoría de Maxwell sobre la radiación electromagnética, en esencia ondulatoria. Con los trabajos de gran numero de  físicos, entre los que merecen destacarse Hallwachs, Stoletow y Lenard, junto con Hertz, demostraron la existencia del llamado efecto fotoeléctrico: cuando se ilumina una placa metálica con radiación electromagnética, el metal emite electrones. Con estos mismos trabajos quedaron establecidas de forma empírica las características fundamentales para este efecto:

i) El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente.

ii) Para cada metal existe una frecuencia umbral ν0 tal que para la radiación de frecuencia menor (ν <ν0) no se emiten electrones.

iii) La energía cinética máxima de los electrones emitidos es proporcional a (ν - ν0) y es independiente de la intensidad de la radiación incidente.

iv) La emisión de electrones es prácticamente instantánea, es decir aparece y desaparece con la radiación electromagnética, sin retraso detectable.

Las características ii) y iii) son irreconciliables con la teoría ondulatoria de la luz y planteaban un reto para la Física de su tiempo.

Einstein, en 1905, utilizó la idea de Planck de la cuantización para explicar las características  del efecto fotoeléctrico (por esta explicación recibió el premio Nobel el año 1921) y concluyó que la radiación de frecuencia ν (monocromática) se comporta como si constara de un número finitode cuantos de energía, localizados e independientes, cada uno de ellos con energía E = hν. En la

nomenclatura actual, introducida por Lewis, estos cuantos reciben el nombre de FOTONES.Con este resultado, la interpretación del efecto fotoeléctrico es inmediata. La luz defrecuencia ν está formada por fotones de energía hν. Los electrones se encuentran ligados en elmetal ocupando distintos niveles de energía. φ0 (>0) es la energía de ligadura de los electronesmenos ligados que, evidentemente, dependerá del metal que se considere (se acostumbra a llamar

función de trabajo del metal y es del orden de magnitud de unos pocos electronvoltios). Un fotónque incide sobre el metal pude ser absorbido por uno de los electrones (uno solo, y absorción total,si se acepta el carácter indivisible del fotón). La energía del fotón se utiliza en parte para liberar alelectrón de su ligadura al metal y en parte para suministrarle energía cinética. Por tanto la energíacinética máxima de los electrones emitidos es:

Ecmax = Efotón- φ0 = hν - φ0 (1)

correspondiente a arrancar un electrón del nivel menos ligado. Y dado que ECmax>0, existeevidentemente una frecuencia umbral dada por: hν0= φ0 (con energía menor no es posiblearrancar ningún electrón). Millikan fue el primero en confirmar plenamente el brillante resultadode Einstein al medir directamente la constante de Planck mediante experimentos sobre el efectofotoeléctrico, y hallar un valor para h coincidente con el obtenido del análisis de la radiación delcuerpo negro.

El efecto fotoeléctrico en la vida diaria

Es muy curioso que en los lugares menos esperados o sin que siquiera lo otemos, las ideas revolucionarias de Einstein están presentes. Las aplicaciones del efecto fotoeléctrico las encontramos en: Camaras, en el dispositivo que gobierna los tiempos de exposición; en detectores de movimiento; en el alumbrado público; como regulador de la cantidad de toner en la máquinas copiadoras; en las celdas solares muy útiles en satélites, calculadoras, y relojes. Las aplicaciones las encontramos, también, cuando asistimos a una función de cine ya que el audio que escuchamos es producido por señales eléctricas que son provocadas por

los cambios de intensidad de la luz al pasar por la pista sonora que viene en la cinta cinematrográfica. Pero es muy interesante que el efecto fotoeléctrico se aplica en los ¡alcoholímetros! en donde la reacción del alcohol con una sustancia de prueba provoca cambios de color los cuales son medidos por el dispositivo, la lectura nos permite entonces saber la concentración de alcohol en el individuo. Estamos inmersos en un mundo tecnológico que Einstein descubrió para nosotros.