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Química 110
Unidad III: Teoría Cuántica y Estructura Electrónica de los Átomos
IntroduciónLos microscopios de luz Natural pueden magnificar objetos hasta unas 1,500 veces su tamaño normal. Los microscopios electrónicos pueden magnificar un objeto hasta unas 1,000,000 veces. Por qué pueden los microscopios electrónicos magnificar una imagen tantas veces?La resolución de un microscopio depende de la longitudes de onda de la luz utilizada. A menor longitud de onda, mayor capacidad de magnificación. La luz es una onda y, como tal, tiene una longitud de onda asociada a ella. La longitud de onda de la luz visible, o sea la que puede ser detectada por el ojo, varía de 700 nm a 400 nm.Uno de los más grandes descubrimientos de la ciencia moderna es haber llegado a la conclusión que los electrones también se comportan como ondas. Sin embargo, la longitud de ondas de los electrones es mucho, muchísimo más corta, alrededor de 0.5 a 1 nm. Esto permite a los microscopios electrónicos magnificar entre 600–700 veces más que los microscopios eléctricos. Esto nos permite ver cosas aún más pequeñas en un mundo que es invisible al ojo humano.
(a) Un microscopio de luz natural puede magnificar hasta 1,500 veces. (b) Un microscopio electrónico puede magnificar hasta 1,000,000 veces. (c) El virus de la gripe en una imagen de un microscopio electrónico. El virus tiene un diámetro de 100 nm.
© Thinkstock
Introdución
Enigmas del Átomo
• El modelo de Rutherford no explica como los electrones se mantienen alrededor del núcleo.
• Por qué no son atraídos hacia el núcleo.• El comportamiento químico de algunos
elementos que reaccionan violentamente.• Algunos elementos emiten luz visible al ser
calentados por una llama.El comportamiento químico está determinado por
la distribución electrónica del átomo.
Naturaleza Dual de la Luz
• Por qué los objetos calentados emiten sólo ciertas frecuencias de luz?
• Por qué los metales emiten luz cuando cierta específica frecuencia los impacta.
Naturaleza Dual de la Luz
La longitud de onda emitida al calentar un metal, como el hierro mostrado, depende de la temperatura. A la temperatura ambiente el hierro es gris. Cuando se calienta, primero se torna rojo y luego anaranjado brillante.
Naturaleza Dual de la LuzEl efecto fotoeléctrico ocurre cuando una luz a determinada frecuencia choca en la superficie metálica desprendiendo electrones. Cuando la intensidad de la luz aumenta el número de electrones desprendidos aumenta. Cuando la frecuencia de la luz aumenta también lo hace la energía de los electrones desprendidos.Este efecto es la base de las celdas fotovoltaicas que convierten la energía de luz en energía eléctrica.
• El modelo de ondas predice que dado suficiente tiempo, aún una luz con baja frecuencia y energía acumularía suficiente energía para extraer foto-electrones de la superficie metálica. En la realidad esto no es cierto. Por ejemplo, no importa por cuanto tiempo ni que tan brillante sea una luz si su frecuencia es menor de 1.14 x1015 Hz, no extrae foto-electrones de la plata. Pero aún la luz más tenue con igual o superior frecuencia extraerá los fotones de la plata.
Naturaleza Dual de la Luz
• Para explicar el efecto fotoeléctrico, Albert Einstein propuso en 1905 la naturaleza dual de la luz. Un has de luz tiene propiedades de ondas y de partículas. La luz es un chorro de paquetes de energía llamados fotones. Ratificando la idea de Planck. Einstein ganó el premio nobel de Física en 1921 por este trabajo.
Naturaleza Dual de la Luz
La LuzObjetivos•Describir la luz en función de su longitud de onda y su frecuencia.•Describir la luz cómo una partícula de energía.
La Luz es una onda de radiación electromagnética.Longitud (ʎ) es la distancia más corta entre puntos equivalentes de una onda continua.Frecuencia (ν) número de ondas que pasan por un punto dado en un segundo.
La Luz
(a) Longitud de onda (λ), frecuencia (ν, Hz), y amplitud son características de una onda. (b) La onda con la menor longitud tiene la mayor frecuencia ( longitudes por unidad de tiempo). Dos ondas con la misma frecuencia y longitud, la que tenga mayor amplitud tendrá más energía.
La Luz
• Una propiedad de ondas es que su velocidad es igual a su longitud por su frecuencia. V = ʎν
• La velocidad de la luz (c ) fue medida y es alrededor de 3.00 x 108 m/s como es constante, indica que la longitud de onda y la frecuencia de la luz están relacionadas. C = ʎν
La Luz
Ejemplo1. Cuál es la frecuencia de la luz si su longitud es 55 × 10−7 m?
La Luz
Ejemplo1. Cuál es la frecuencia de la luz si su longitud es 55 × 10−7 m?Solución:C = ʎν ν = c/ʎ
ν = (3.00 X 108 m/s)/55 × 10−7 m ν = 5.41×1014 s−1 ν = 5.41×1014 Hertz
La Luz
Ejemplo2. Cuál es la longitud de la luz cuya frecuencia es 1.55 × 1010 s−1?
La Luz
Ejemplo2. Cuál es la longitud de la luz cuya frecuencia es 1.55 × 1010 s−1?Solución:C =ʎν ʎ = c/ν ʎ = (3.00 X 108 m/s)/1.55 × 1010 s−1 ʎ = 0.0194 m,
ó 19.4 mm
La Luz
• La luz se comporta como paquetes de energía que son proporcionales a su frecuencia.
E = hν – E: energía – ν: frecuencia – h: constante de Planck h = 6.626 × 10−34 J·s
• La constante de Planck es una de las constantes universales, al igual que la velocidad de la luz.
La Luz
Ejemplo1. Cuál es la energía de la luz cuya frecuencia es 1.55 ×
1010 s−1?
La Luz
Ejemplo1. Cuál es la energía de la luz cuya frecuencia es 1.55 ×
1010 s−1?Solución:E = hν E = (6.626 × 10−34 J·s)(1.55 × 1010 s−1 ) E = 1.03 × 10−23 J
La Luz
Ejemplo2. Cuál es la frecuencia de la luz cuya energía es 4.156
× 10−20 J?
La Luz
Ejemplo2. Cuál es la frecuencia de la luz cuya energía es 4.156 × 10−20 J?Solución:ν = E/h ν = 4.156 × 10−20 J / 6.626 × 10−34 J·s
ν = 6.27 × 1013 s−1
La Luz
• Fotón nombre de la onda de luz que actúa como partícula.
• Espectro Electromagnético todos los posibles valores de frecuencia, longitud y energía que pueda tener una onda de luz.
La Luz
La Luz
Este diagrama muestra los rangos de longitud y frecuencia del espectro de radiación electromagnética. La porción visible del espectro electromagnético es la delgada región con longitud de ondas entre 400 y 700 nm.
• Cuál deAutoevaluación 1. Cuál de los siguientes usa el efecto fotoeléctrico?
a. Baterías solaresb. Baterías de hidrógenoc. Baterías alcalinasd. Motores diesel
La Luz
• Cuál deAutoevaluación 2. Cuál es la energía de un fotón de luz de una emisión de hidrógeno de 656 nm? Use h= 6.626 x 10-34 J·s y c = 3.00 x 108
m/sa. 1.30 x 10-31 Jb. 1.45 x 10-48 Jc. 3.30 x 1018 Jd. 3.03 x 10-19 J
La Luz
• Cuál deAutoevaluación 3. Cuál de los fotones de las siguientes ondas electromagnéticas tiene mayor energía?
a. Microondasb. Infrarrojosc. Rayos Xd. Ultravioletas
La Luz
• Cuál deAutoevaluación 4. Cuál es la longitud de onda de la radio cuya frecuencia es 3.75 x 107 Hz?
a. 0.08 mb. 0.8 mc. 8.0 md. 80 m
La Luz
• Cuál deAutoevaluación 5. La longitud de una onda se mide:
a. De cresta a cresta.b. De la cresta a la mayor depresión.c. Del origen a la cresta.d. Del origen a la mayor depresión.
La Luz
La Luz
Resumiendo•La luz actúa como onda con longitud y frecuencia.•La longitud y la frecuencia de la luz están relacionadas mediante la velocidad de la luz que es una constante.•La luz actúa como partícula de energía, cuyo valor es proporcional a la frecuencia.
https://docs.google.com/open?id=0B7wi6BCSEa7yd3FEWFRfWlJzZTg
