ESTRUCTURA ATÓMICA

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  • UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y ELCTRICA

    ELECTROTECNIA

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    UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

    FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y

    ELCTRICA

    INFORME PREVIO N3

    ESCUELA ACADEMICA: 19.1

    CURSO: ELECTROTECNIA

    TEMA: NORMAS DE SEGURIDAD

    ALUMNO: DIEGO ALONSO AGUIRRE BARRIONUEVO

    CDIGO: 13190138 GRUPO: ___ MDULO: ___

    FECHA: 10 / 02 /2014

    2014

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    ESTRUCTURA ATMICA

    Introduccin

    En qumica y fsica, tomo (del latn atomus) es la unidad ms pequea de un

    elemento qumico que mantiene su identidad y sus propiedades y que no es

    posible dividir mediante procesos qumicos.

    El concepto de tomo como bloque bsico e indivisible que compone la materia

    del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin

    embargo, su existencia no qued demostrada hasta el siglo XIX. Recin con el

    desarrollo de la fsica nuclear en el siglo XX se comprob que el tomo puede

    subdividirse en partculas ms pequeas.

    Estructura atmica

    Antes que nada, empezaremos por definir el

    concepto de tomo. Este es la parte ms

    pequea en la que se puede obtener materia de

    forma estable, ya que las partculas

    subatmicas que lo componen no pueden existir

    aisladamente salvo en condiciones muy

    especiales. El tomo est formado por un

    ncleo, compuesto a su vez por protones y

    neutrones, y por una corteza que lo rodea en la

    cual se encuentran los electrones, en igual

    nmero que los protones.

    Los tomos estn constituidos por protones, neutrones y electrones. Los

    protones estn cargados positivamente y se encuentran reunidos con los

    neutrones (sin carga) en el ncleo. Los electrones, que tienen una carga

    negativa igual en magnitud a la carga positiva del protn, se mueven en

    el espacio que rodea al ncleo. Los protones y los neutrones tienen

    masas semejantes, aproximadamente 1800 veces mayor que la masa de

    un electrn. Casi toda la masa del tomo reside en el ncleo, pero son

    los electrones los que toman parte en los enlaces y en las reacciones

    qumicas.

    Cada elemento se distingue por el nmero de protones en su ncleo. Por

    lo general, el nmero de neutrones es semejante al nmero de protones,

    aunque puede variar. Los tomos que tienen el mismo nmero de

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    protones, pero diferente nmero de neutrones se llaman istopos. Por

    ejemplo, la especie ms comn de tomo de carbono tiene en su ncleo

    seis protones y seis neutrones. Su nmero de masa (la suma de

    protones y neutrones) es 12, y representamos su smbolo 12C.

    Aproximadamente 1% de los tomos de carbono tienen siete neutrones;

    el nmero de masa es 13, y el smbolo es 13C.

    Protn, descubierto por Ernest Rutherford a principios del siglo XX, el

    protn es una partcula elemental que constituye parte del ncleo de

    cualquier tomo. El nmero de protones en el ncleo atmico,

    denominado nmero atmico, es el que determina las propiedades

    qumicas del tomo en cuestin. Los protones poseen carga elctrica

    positiva y una masa 1.836 veces mayor de la de los electrones.

    Neutrn, partcula elemental que constituye parte del ncleo de los

    tomos. Fueron descubiertos en 1930 por dos fsicos alemanes, Walter

    Bothe y Herbert Becker. La masa del neutrn es ligeramente superior a la

    del protn, pero el nmero de neutrones en el ncleo no determina las

    propiedades qumicas del tomo, aunque s su estabilidad frente a

    posibles procesos nucleares (fisin, fusin o emisin de radiactividad).

    Los neutrones carecen de carga elctrica, y son inestables cuando se

    hallan fuera del ncleo, desintegrndose para dar un protn, un electrn

    y un antineutrino.

    Electrn, partcula elemental que constituye parte de cualquier tomo,

    descubierta en 1897 por J. J. Thomson. Los electrones de un tomo

    giran en torno a su ncleo, formando la denominada corteza electrnica.

    La masa del electrn es 1836 veces menor que la del protn y tiene

    carga opuesta, es decir, negativa. En condiciones normales un tomo

    tiene el mismo nmero de protones que electrones, lo que convierte a los

    tomos en entidades elctricamente neutras. Si un tomo capta o pierde

    electrones, se convierte en un ion.

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    Interacciones elctricas entre protones y electrones

    Antes del experimento de Rutherford la comunidad cientfica aceptaba el

    modelo atmico de Thomson, descubridor del electrn en 1897.

    Thomson determin que la materia se compona de dos partes, una negativa y

    una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se

    encontraban segn este modelo, inmersos en una masa de carga positiva a

    manera de pasas en un pastel. Para explicar la formacin de iones, positivos y

    negativos, y la presencia de los electrones dentro de la estructura atmica,

    Thomson ide un tomo consistente en una nube positiva que contena las

    pequeas partculas negativas (los electrones) suspendidos en ella. El nmero

    de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva. En el

    caso de que el tomo perdiera un electrn, la estructura quedara positiva; y si

    ganaba un electrn, la carga final sera negativa. De esta forma explicaba la

    formacin de iones; pero dej sin explicacin la existencia de las otras

    radiaciones.

    Los modelos posteriores se basan en una estructura de los tomos con una

    masa central cargada positivamente rodeada de una nube de carga negativa.

    Este tipo de estructura del tomo llev a Rutherford a proponer su modelo en

    que los electrones se moveran alrededor del ncleo en rbitas. Adems,

    Rutherford predijo la existencia del neutrn en el ao 1920, razn por la cual en

    el modelo anterior (Thomson), no se habla de ste. El modelo de Rutherford, a

    pesar de ser obsoleto en trminos cientficos, es la percepcin ms comn del

    tomo del pblico no cientfico. Este modelo tiene una dificultad proveniente del

    hecho de que una partcula cargada acelerada, como sera necesario para

    mantenerse en rbita, emitira radiacin electromagntica, perdiendo energa.

    Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones del electromagnetismo de

    Maxwell aplicadas al tomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden

    de 10-10s, toda la energa del tomo se habra radiado, con la consiguiente

    cada de los electrones sobre el ncleo. Para salvar estos inconvenientes, Bohr

    propone su modelo (que en rigor es solo un modelo del tomo de hidrgeno

    tomando como punto de partida el modelo de Rutherford), tratando de

    incorporar los fenmenos de absorcin y emisin de los gases, as como la

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    nueva teora de la cuantizacin de la energa desarrollada por Max Planck y el

    fenmeno denominado efecto fotoelctrico observado por Albert Einstein. Para

    Bohr, el tomo es un pequeo sistema solar con un ncleo en el centro y

    electrones movindose alrededor del ncleo en rbitas bien definidas, que

    estn cuantizadas (es decir que los e- pueden estar solo en ciertas rbitas).

    Cada rbita tiene una energa asociada. La ms externa es la de mayor

    energa. Los electrones no radian energa (luz) mientras permanezcan en

    rbitas estables. Los electrones pueden saltar de una a otra rbita. Si lo hacen

    desde una de menor energa a una de mayor energa absorben un cuanto de

    energa (una cantidad) igual a la diferencia de energa asociada a cada rbita.

    Si pasan de una de mayor a una de menor, pierde energa en forma de

    radiacin (fotn).

    El mayor xito de Bohr fue dar explicacin al espectro de emisin del hidrgeno

    y proporcionar una base para el carcter cuntico de la luz, ya que el fotn es

    emitido cuando un electrn cae de una rbita a otra, siendo un pulso de

    energa radiada. En trminos cuantitativos, la variacin de energa ( )

    asociada con la transicin del electrn desde un nivel a otro, est relacionada

    con la frecuencia ( ) del fotn a travs de la ecuacin de Planck:

    Para la radiacin electromagntica, la constante de Planck relaciona la

    velocidad de la luz (c= 3,00 x 108 metros/segundo) con su longitud de onda ( )

    mediante la ecuacin

    Por lo tanto, el cambio de energa asociado al fotn, tambin puede expresarse

    como:

    La verificacin experimental de las energas asociadas con electrones que son

    excitados a niveles de energa discreta superior o la prdida de energa y cada

    a niveles discretos ms bajos, se obtiene principalmente por los anlisis de las

    longitudes de onda e intensidades de las lneas espectrales. Cuando los

    tomos son excitados elctrica o trmicamente y cesa esta excitacin, emiten

    una radiacin. Si esta es dispersada por un prisma y detectada por una placa

    fotogrfica, se revelan lneas o bandas. A los conjuntos de estas lneas se los

    denomina espectros de emisin atmica. Cada lnea espectral corresponde a

    una cantidad de energa especfica que se emite.

    Utilizando los datos del espectro de hidrgeno,

    Niels Bohr de