Bibliografía teoria atomica de dalton




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ESPECTROS CONTINUOS Y DISCONTINUOS


Los espectros

Es el conjunto de todas las variaciones electromagnéticas que existen en el universo.

Consiste en la descomposición de la radiación que emite un cuerpo.

Espectros: Continuos y Discontinuos.

Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar el sólido entre el foco de radiación y el prisma. Así, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color azul quedan absorbidas todas las radiaciones menos el azul.

Cuando los limites de la radiación no son nítidos y forman una imagen continua, por ejemplo, el espectro de la luz blanca.

Los espectros de absorción discontinuos se producen al intercalar vapor o gas entre la fuente de radiación y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la misma longitud de onda que los espectros de emisión de esos vapores o gases.

Este está formado por rayas separados entre sí, por ejemplo el espectro de emisión del sodio, que consiste en dos líneas amarillas separadas entre sí.
LA TEORÍA DE BOHR

En el caso atómico, la dispersión de electrones está dominada por un campo de largo alcance, el coulombiano, que modifica la trayectoria de la partícula incidente siendo poco probable una interacción más directa con las constituyentes individuales del átomo. Es más, aún cuando esto último ocurre, la transferencia de energía puede verse como un proceso de dos cuerpos interaccionando bajo la influencia del campo generado por el resto de los electrones. Esto, que es consecuencia de la relativamente baja densidad atómica, tiene como resultado que la sección eficaz para procesos elásticos domina sobre las de procesos inelásticos como excitación, ionización y captura. En los términos de Bohr, el átomo es un sistema "abierto".

Las evidencias de Fermi indicaban que el caso nuclear refleja una naturaleza muy diferente, con secciones de reacción del orden de las elásticas o aún mayores. Ante esto, Bohr razona que, dada la densidad nuclear, la probabilidad de que un neutrón atraviese un núcleo sin interacciones directamente con uno de los constituyentes debería ser ínfima. Además, dada la naturaleza de corto alcance y la magnitud de la fuerza nuclear, una vez dentro seguramente se vería obligado a compartir su energía con el resto de los nucleones. El fenómeno de emisión, ya sea de partículas o de radiación gamma, se trataría entonces de un proceso estadístico complicado de desexcitación independiente. En este caso la probabilidad de emitir una partícula idéntica a la incidente, lo que sería el canal "elástico", compite con la de otros procesos energéticamente permitidos (evidencia a)). Los tiempos requeridos por este proceso, además, serían tales que la probabilidad de emisión gamma no sería tampoco despreciable (evidencia b)). En este sentido, para Bohr, el núcleo es un sistema "cerrado" en que las reacciones sólo se pueden llevar a cabo a través de la formación intermedia de un sistema compuesto relativamente estable cuyo decaimiento ocurre luego de un tiempo lo suficientemente largo como para poder ser considerado como un proceso dinámicamente independiente.

Bohr también hizo notar que las diferencias entre el caso atómico y el nuclear también se deberían reflejar en el esquema de niveles de ambos. En el átomo, por la naturaleza del campo coulombiano, la energía de ligadura de los diferentes electrones varía enormemente entre aquellos que se encuentran cercanos al núcleo y aquellos que se encuentran en la periferia. Dado que hay pocos electrones en las partes más externas, y están poco ligados, las excitaciones de baja energía tienden a envolver a electrones individuales siendo relativamente fácil liberarlos. Aun en el caso de excitaciones de electrones más internos al espectro de energías es bastante restringido.

Por otra parte, la idea de un "sistema compuesto", que corresponda a la formación de un ion negativo, es poco probable pues los niveles son escasos y, en todo caso, la energía del electrón incidente será en general mayor que la energía de ligadura correspondiente.

En el caso nuclear, el fenómeno de captura selectiva refleja algún nivel de respuesta resonante. Sin embargo, indica Bohr, estas resonancias no deben ser vistas como las de una partícula aislada en un pozo, ya que en ese caso la probabilidad de que esa misma partícula escape siempre será mayor que la de captura, en contraste con lo observado por Fermi. Las resonancias nucleares deben ser más complejas, de carácter colectivo. Al aumentar la energía incidente, la creciente variedad de maneras en que los constituyentes del núcleo pueden repartírsela debería reflejarse en un rápido aumento de la densidad de niveles que, sin embargo, se mantendrían relativamente angostos dada la baja probabilidad de concentrar suficiente energía en una sola partícula, con capacidad como para ser emitida.

Cabe recordar que la relación entre la "anchura" de un estado, es decir la máxima resolución en energía a la que se puede aspirar al observar su espectro y el tiempo promedio que el núcleo tarda en desexcitarse, está limitado por el principio de incertidumbre de Heisenberg: E  t = h. En otras palabras, estados "angostos" corresponden a vidas medias largas y viceversa,

Por lo anterior, el espectro de niveles, aun a excitaciones relativamente altas, seguiría caracterizándose por líneas bien definidas (evidencia c)), hasta el punto en que la probabilidad de emisión de partículas se hiciera comparable. Esto explicaría la ausencia de absorción selectiva para neutrones no moderados aun cuando el espectro de gammas muestra líneas angostas (evidencia d)), fenómeno que sólo refleja la estabilidad del sistema compuesto. A energías suficientemente altas, la captura radiactiva disminuiría, dando lugar a la emisión de partículas, con un espectro de energías que incluya la dispersión inelástica tal como lo observó Ehrenberg.

En cuanto a la dependencia con la energía y con la carga del blanco de la emisión de partículas cargadas, Bohr las explica como simples reflejos de la diferencia entre la energía del estado y la barrera conlombiana (evidencia e)). Estos efectos, dada la independencia entre la formación y el decaímiento del sistema compuesto, tendrían su equivalente en el caso de reacciones inducidas por partículas cargadas. Salvo esta diferencia, la dinámica de reacciones propuesta debería ser la misma, tal como se había observado.

Consciente del carácter puramente conceptual de su teoría, Bohr indica al inicio de su plática las dificultades de desarrollar una descripción detallada ya que, además de tratarse de un problema de muchos cuerpos, aún se desconocía la constitución misma del núcleo. A este respecto, menciona los riesgos de suponer la existencia dentro del núcleo de partículas idénticas a los protones y neutrones libres, en vista de que no hace mucho tiempo la idea de la existencia de electrones en el núcleo, para explicar el decaimiento beta, hubo de cambiarse por el de una creación en el momento de la emisión. Sin embargo, descarta la posibilidad, sugerida por el éxito de Gamow al describir el decaímiento alfa, de la existencia de esas partículas como tales dentro del núcleo.

Para concluir, Bohr especula sobre lo que ocurriría si la energía de las partículas incidentes fuera aumentada de unos cuantos MeV, accesibles en ese momento, a 100 y hasta 1000 MeV, prediciendo que aun a tales energías sobreviviría su sistema compuesto, aumentando solamente el número de partículas emitidas hasta el punto de provocar una verdadera explosión del núcleo.

Hacia 1939, junto con Peielrs y Placzek, Bohr4 ya había desarrollado una primera formulación para calcular secciones eficaces en reacciones tipo núcleo compuesto, también llamadas fusión, en base a la sección de colisión del sistema ("canal") —proyectil-blanco— inicial y la probabilidad de decaímiento a través de las diferentes combinaciones posibles [núcleo residual-partícula emitida] evaluadas a través de las anchuras de los estados poblados en la región del continuo.
ECUACIÓN DE RYDBERG

El razonamiento de Bohr era que la existencia de un átomo como el hidrógeno, formado por un protón cargado positivamente y un electrón cargado negativamente que gira alrededor de él, sólo se puede entender a partir de una determinada distancia básica entre ambos que explique las dimensiones estables del átomo (es decir, que explique por qué el electrón no “cae” en el núcleo). Como las consideraciones dimensiónales demuestran que esta distancia no puede obtenerse mediante una combinación matemática que implique exclusivamente la carga del electrón, e, y su masa, m, Bohr argumentó que había que introducir en la teoría atómica otra constante física fundamental que, combinada adecuadamente con las constantes e y m, proporcionara la distancia buscada. Bohr halló que la constante de Planck, h, cumplía bien ese cometido, y sugirió que la distancia básica venía dada por la combinación matemática



El valor de esta distancia es de 5,29·10-11 m, que constituye el llamado radio de Bohr del átomo de hidrógeno. Este valor también se denomina radio de la primera órbita de Bohr. Bohr utilizó un concepto revolucionario y totalmente opuesto a la física clásica, introducido por la teoría cuántica. Según este concepto, existe una cantidad física llamada acción que está cuantizada en unidades de valor h (lo que significa que no puede haber una acción menor que h). Bohr explicó la estabilidad del átomo de hidrógeno asignando una única unidad de acción a la primera de las llamadas órbitas de Bohr. Con ello se eliminaba cualquier posible órbita más pequeña, porque una órbita así tendría una acción menor que h, lo que violaría la hipótesis cuántica. A continuación, Bohr supuso que cada órbita permitida del electrón, a medida que se aleja del protón, difiere de la órbita inmediatamente anterior en una única unidad de acción h. Por tanto, la acción de la segunda órbita debe ser 2h, la acción de la tercera órbita 3h, y así sucesivamente. Esto significa que la acción de la órbita número n, donde n es un entero, debe ser nh, y entonces se puede demostrar que el radio de la n-ésima órbita tiene que ser



Por la dinámica clásica, Bohr sabía que la energía total cinética y potencial de una partícula que se mueve en una órbita circular es negativa, porque la energía potencial negativa de la órbita es mayor que su energía cinética (que es positiva). Además, la energía total es inversamente proporcional al radio de la órbita. Por tanto, asignó a la energía del electrón en la órbita n-ésima el valor



multiplicando la inversa del radio por e2/2 y cambiando su signo por motivos dimensiónales. Cuando el electrón salta de la órbita n-ésima a la órbita k-ésima, experimenta un cambio de energía igual a



o



Este cambio aparece en la forma de un único cuanto de energía, o fotón, emitido o absorbido. Cuando k es mayor que n, se absorbe un fotón; cuando k es menor que n, se emite un fotón.

Así, se llega a la fórmula de Bohr para la inversa de la longitud de onda del fotón emitido cuando el electrón salta de la órbita n a la órbita k, al igualar la fórmula anterior con signo cambiado y la energía del fotón, hc/λ. Esto proporciona la ecuación



La cantidad



se conoce como constante de Rydberg, R, en honor al físico sueco Robert Johannes Rydberg. Si k se hace igual a 2, la fórmula de Bohr es totalmente equivalente a la de Balmer, y se obtienen todas las líneas de la serie de Balmer haciendo n igual a 3, 4, 5, y así sucesivamente. Esto significa que las líneas de Balmer corresponden a transiciones de electrones desde órbitas superiores hasta la segunda órbita.

Si k se hace igual a 1 y n adopta los valores 2, 3, 4... (transiciones de los electrones a la órbita más baja) se obtiene la llamada serie de Lyman, un conjunto de líneas espectrales situado en el ultravioleta. Otras series de líneas como las de Paschen, Brackett o Pfund, situadas en el infrarrojo, se obtienen igualando k a 3, 4 y 5, y haciendo que n adopte todos los valores enteros superiores

Teoría de la relatividad

Teoría de la relatividad Teoría propuesta por Einstein* en 1905 con respecto a la estructura del tiempo y del espacio, que trasciende algunos de los conceptos y leyes de la física clásica.
Según la teoría de la relatividad, para los objetos que se mueven con velocidades muy próximas a la de la luz no existe explicación de ciertos fenómenos dentro del marco de la física clásica; los postulados de la teoría restringida o especial de la relatividad permiten, sin embargo, explicarlos convincentemente. Para velocidades mucho más pequeñas que
la velocidad de la luz, la teoría de la relatividad coincide exactamente con la física clásica (principio de correspondencia).

La teoría de la relatividad se basa en tres puntos:
 1. La longitud de un cuerpo en movimiento disminuye en la dirección de su desplazamiento (contracción longitudinal).
 2. El tiempo que transcurre entre dos sucesos simultáneos no es el mismo para dos observadores en movimiento relativo (dilatación del tiempo).
 3. La masa de un cuerpo aumenta con su velocidad, de tal forma que a la velocidad de la luz se hace infinita, motivo por el cual esta velocidad es inalcanzable (inaccesibilidad a la velocidad de la luz).

Postulado de la universalidad de la velocidad de la luz: En el vacio, la luz se propaga con la velocidad universal c=299792458 ms-1 en todos los sistemas inerciales de

referencia.

Postulado del principio de Relatividad Especial: Las leyes de la naturaleza son

invariantes (tienen la misma forma) bajo el grupo de transformaciones de Lorentz (L,a)

que mantienen la constancia de la velocidad de la luz en todos los sistemas de referencia

inerciales.
TEORIA DE BROGLIE
La nueva teoría permite explicar, además, porque en un campo eléctrico o magnético en gran escala los electrones se comportan como corpúsculos de tipo clásico, y lleva también a revenir fenómenos de carter totalmente nuevo. Puesto que la onda luminosa regula la repartición, en el espacio, de los fotones que le están asociados; puesto que en las experiencias de interferencia y de difracción los fotones se localizan en el espacio, proporcionalmente a la intensidad de la onda luminosa en cada punto, habrá que esperar que suceda algo análogo con los corpúsculos materiales; si la propagación de onda asociada a un flujo de corpúsculos materiales de la misma energía da a lugar a interferencias, los corpúsculos en cuestión deberán repartirse en el espacio prpoporcionalmente a la intensiadad de la onda y dar origen a manifiestaciones que la antigua dinámica de los puntos materiales era ciertamente incapaz de prever. La experiencia ha confirmado esta audaz previsión de la teoría. En efecto, según la mecánica ondulatoria, si se envía un haz paralelo de electrones de la misma energía sobre un cristal, la onda que dirige el movimiento de los electrones será difundida por los centros, regularmente dispuestos, de la red cristalina, las onditas difundidas interferirán entre sí y resultará la existencia del máximum de difusión en ciertas direcciones, direcciones que se podrán calcular fácilmente conociendo las constantes de la red cristalina utilizada y la longitud de onda incidente. Puesto que, en la nueva teoría, todo pasa como si la onda dirigiera el conjunto del movimento de los corpúsculos, los electrones difundidos porel cristal deberán concentrarse en las direcciones de difusión privilegiada de que acabamos de hablar. Y esta confirmación ha sido cuantitativa porque se ha podido verificar, con una gran precisión, la exactitud de la fórmula fundamental de la mecánica ondulatoria:

l =h/mv

Fórmula que da la longitud de la onda de la onda asociada a un corpúsculo de masa m y de velocidad v por el intermedio de la constante b de los quanta.

Así se establece sobre una sólida base experimental la nueva mecánica ondulatoria y cuántica. Nos ha ensenado a considerar la constante de b de un Planck como una especie de guión entre la imagen de los corpúsculos. Las dos imágenes son a la vez necesarias y sus valideces respectivas se limitan mútuamente porque la constante b tiene un valor finito.

Quisiera hacer hincapié sobre un punto interesante. Si la constante b tuviera un valor infinatamente pequeno, los quanta de la luz de valor bv serían infinatamente pequenos, y su número, en una radiación de energía dada, sería infinatamente grande: todo pasaría entonces como si las radiaciones tuvieran una estructura continua y puramente ondulatoria, que les atribuían Fresnel y sus continuadores. Por el contrario, los corpúsculos materiales obedecerían entonces exactamente(puede demostarse esto con facilidad) a las leyes clásicas de la dinámica del punto material, y no habría necesidad ninguna de introducir ondas en la teoría de la materia. Por lo tanto, si el valor de valor b fuera infinitamente pequeno, en la física clásica sería rigurosamente exacta. Por el contrario, si la constante de Planck fuera infinitamente grande, los quanta de luz serían enormes y su existencia saltaría a los ojos, por si decirlo, del físico menos perspicaz, pero en este cásalos corpúsculos materiales no seguirán jamás las leyes de la dinámica clásica, y se vería que en su estudio era necesario introducir desde el principio una onda para prever los movimientos de aquellos. Ahora bien, en la naturaleza real, la constante b no es infinitamente grande ni infinitamente pequeña, sino que su valor es finito, pero desde nuestro punto de vista humano parece extremadamente pequeno, pues se expresa rn unidades de c.g.s. Para nosotros, humanos, el caso de b infinitamente pequeno está, pues, mucho más próximo a realizarse que el caso opuesto que es infinitamente grande. Esta simple observación ilustra el verdadero sentido de la evolución reciente de la física. En efecto, ahora se comprende en seguida que la física de ayer, a consecuencia de un examen todavía algo superficial, se haya visto impulsada a proclamar la estructura continua y la naturaleza ondulatoria de la luz, mientras atribuía a la materia una estructura discontinua constituida por corpúsculos que obedecen a las leyes dinámicas clásicas. Han sido necesarios experimentos de los físicos contemporáneos para revelar la otra cara de la realidad; me refiero al aspecto discontinuo de la luz y al aspecto ondulatorio de la materia.

Cuando un electrón se mueve con una rapidez   v , tiene asociada una onda de longitud   l   según la relación:
l =h/mv

Donde:
m es la masa del electrón en reposo ( =   9,11 × 10 - 31 [ kg ] )   y
h es la constante de Planck ( =   6,63 × 10 - 34 [ J - s ] ).
La Teoría Atómica moderna

Cada sustancia del universo, las piedras, el mar, nosotros mismos, los planetas y hasta las estrellas más lejanas, están enteramente formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Son tan pequeñas que no son posible fotografiarlas. Para hacernos una idea de su tamaño, un punto de esta línea puede contener dos mil millones de átomos. Estas pequeñas partículas son estudiadas por la química, ciencia que surgió en la edad media y que estudia la materia. Pero si nos adentramos en la materia nos damos cuenta de que está formada por átomos. Para comprender estos átomos a lo largo de la historia diferentes científicos han enunciado una serie de teorías que nos ayudan a comprender la complejidad de estas partículas. Estas teorías significan el asentamiento de la química moderna. Como ya hemos dicho antes la química surgió en la edad media, lo que quiere decir que ya se conocía el átomo pero no del todo, así durante el renacimiento esta ciencia evoluciona. Posteriormente a fines del siglo XVIII se descubren un gran número de elementos, pero este no es el avance más notable ya que este reside cuando Lavoisier da una interpretación correcta al fenómeno de la combustión. Ya en el siglo XIX se establecen diferentes leyes de la combinación y con la clasificación periódica de los elementos (1871) se potencia el estudio de la constitución de los átomos. Actualmente su objetivo es cooperar a la interpretación de la composición, propiedades, estructura y transformaciones del universo, pero para hacer todo esto hemos de empezar de lo más simple y eso son los átomos, que hoy conocemos gracias a esas teorías enunciadas a lo largo de la historia. Estas teorías que tanto significan para la química es lo que vamos a estudiar en las próximas hojas de este trabajo

La Teoría Atómica se basa en la suposición (ratificada después por datos experimentales) de que la materia no es continua, sino que está formada por partículas distintas. Esta teoría describe una parte de nuestro mundo material a la que no es posible acceder por observación directa, y permite explicar las propiedades de las diversas sustancias.
El concepto de átomo ha ido pasando por diversas concepciones, cada una de las cuales explicó en su momento todos los datos experimentales de que se disponía, pero con el tiempo fue necesario modificar cada modelo para adaptarlo a los nuevos datos. Cada modelo se apoya en los anteriores, conservando determinados aspectos y modificando otros.
La primera aparición conocida del concepto de átomo procede de una escuela filosófica griega (Demócrito, Leucipo), la cual consideraba que la sustancia esencial de cualquier objeto debía permanecer constante, y trató de conciliar esa idea con el hecho de que en la materia se puede observar un cambio constante.
Sin embargo, esta primera aproximación no puede considerarse una teoría científica, tal y como la entendemos hoy en día, ya que le faltaba el apoyarse en experimentos rigurosos (la idea moderna de que el conocimiento científico debe apoyarse siempre en experimentos que cualquiera pueda reproducir, procede del Renacimiento, con los trabajos de Copénico, Galileo, Newton...). La primera teoría científica sobre el átomo fue propuesta por John Dalton a principios del siglo XIX, y a partir de ahí se fueron proponiendo diversos modelos.
DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA

Para llegar a la configuración electrónica de los átomos, se debe conocer el orden que ocupan en los diversos subniveles. Los electrones ocupan los subniveles vacantes, en orden ascendente de sus energías, así pues, llenarán cada subnivel antes de pasar al siguiente.

A continuación se observará la distribución electrónica máxima para los primeros cuatro niveles de energía. Veamos:

Número Cuántico

Orbitas por subnivel

Número de electrones

d

Principal

Nivel

Secundario

Subnivel

xc

Subnivel

Nivel

1

K

0

s

1

2

2


2

L

0
1

s
p

1
3

2
6

8


3

M

0
1
2

s
p
d

1
3
5

2
6
10

18

4

N

0
1
2
3

s
p
d
f

1
3
5
7

2
6
10
14

32

En términos generales, se puede decir que al describir a la configuración electrónica, se debe tomar en cuenta que:
1. La corona, está dividida en niveles de energía de acuerdo con su proximidad al núcleo de la siguiente forma:

Nº de nivel

1

2

3

4

5

6

7

Nivel de energía

K

L

M

N

O

P

Q
1   2   3   4   5

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