Estructura moderna del atomo

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Estructura del átomo
Del macrocosmos al
microcosmos
Jiehil champi
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ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Leucipo (Siglo V a.c).
La materia está formada por la acumulación de partículas indivisibles llamadas átomos.
Demócrito (Siglo V a.c).
Aristóteles
¡La cumbre del conocimiento!
Mecánica newtoniana
La termodinámica,
La óptica,
La electricidad
El magnetismo
Teoría electromagnética (leyes de Maxwell).
Finales del siglo XIX
La radiación del cuerpo negro,
Los espectros atómicos
Einstein abordó el problema de la electrodinámica de objetos en movimiento y demostró que era necesario modificar profundamente los conceptos fundamentales de espacio, tiempo y materia que se manejaban en la mecánica newtoniana; con ello nació la teoría de la relatividad, en una teoría cosmológica conectada con la gravitación. 
Cristian Huygens ( 1680)
“ La energía emitida por el cuerpo luminoso se propagaba, aún en el vacío, mediante un movimiento ondulatorio”. Teoría ondulatoria de la luz.
Isaac Newton ( 1642- 1727)
“ La luz está compuesta por pequeñas partículas que se propagan en todas direcciones en línea recta con velocidad finita y que al penetrar el ojo chocan contra la retina, dando origen a sensaciones luminosas”
James Maxwell.
( 1831-1879)
 En 1873 da a conocer su teoría que afirma : “ la luz es una perturbación electromagnética”
Experimento de Young con doble rendija, 1801
¿ Luz: Son ondas o partículas ?
MODELO ATÓMICO DE DALTON (1808)
Introduce la idea de la discontinuidad de la materia. Esta es la primera teoría científica que considera que la materia está dividida en átomos. 
LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
Una onda electromagnética consiste en la oscilación de un campo eléctrico y otro magnético en direcciones perpendiculares, entre sí, y a su vez, perpendiculares ambos a la dirección de propagación.
Viene determinada por su frecuencia ( ) y por su longitud de onda ( ) relacionadas entre sí por:		
 			
C= velocidad de propagación de la luz =3.108m/s
Propagación ondulatoria
λ =LONGITUD DE ONDA: distancia entre dos puntos consecutivos de la onda con igual estado de vibración
n = FRECUENCIA: número de oscilaciones por unidad de tiempo
λ
Heinrich Hertz (1887)
realizó, un experimento en el que generó ondas de radio, cuya única diferencia con las ondas de luz visible radica en su longitud de onda. 
EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATODICOS
W. Crookes 1832-1919
Primeros experimentos con gases al vacío y miles de voltios de tensión.
RAYOS CATÓDICOS
La luminosidad producida por los rayos
 catódicos siempre se produce en la pared del
 tubo situada frente al cátodo.
Los rayos catódicos hacen girar una rueda de
 palas ligeras interpuesta en su trayectoria.
Los rayos catódicos tienen las mismas características independientemente de la sustancia gaseosa que se encuentre en el tubo o del metal que constituya los electrodos.
EL DESCUBRIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES:
El electrón:
J.J. Thomson
1856-1940
Determina que los rayos catódicos están formados por partículas de carga negativa (1897).
J.J. Thomson define así su modelo de átomo :
Concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en la cual están incrustados los electrones. 
Buding de pasas
Determina que los rayos catódicos están formados por partículas de carga negativa (1897).
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GOTA DE ACEITE (MILLIKAN)
Los rayos X dan carga negativa. Al aumentar voltaje, aumenta la carga y caen lento. A un voltaje determinado la fuerza eléctrica y gravitacional se igualan. Conociendo el voltaje y la masa de la gota, se conoce la carga.
El protón:
Eugen Goldstein 1850-1931
rayos canales
Carga = 1,602 x 10-19 C. 
Masa = 1,672 x 10-27 Kg
RADIOACTIVIDAD
Rayos Alfa: partículas doblemente cargadas (He2+) y de 4 umas
Rayos Beta: electrones
Rayos gamma: radiación electromagnética
Planck
Fórmula de Planck para la radiación de cuerpo negro
 (1900)
E = h · n
Cuando la energía está en forma de radiación electromagnética (es decir, de una radiación similar a la luz), se denomina energía radiante y su unidad mínima recibe el nombre de fotón. La energía de un fotón viene dada por la ecuación de Planck:
h: constante de Planck = 6.63 · 10-34 J · s 
n : frecuencia de la radiación 
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Einstein y el efecto fotoeléctrico
Einstein
Resuelto por Einstein en 1905
La luz tiene ambos:
1. naturaleza de onda
2. naturaleza de partícula
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EXPERIMENTO DE RUTHERFORD
1 de cada 20.000 partículas se deflectó más de 90º
La mayoría de los rayos alfa atravesaba la lámina sin desviarse, porque igual que en caso de la reja, la mayor parte del espacio de un átomo es espacio vacío. 
Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy cerca de centros con carga eléctrica del mismo tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA). 
Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra esos centros de carga positiva. 
Experimento para determinar la constitución del átomo 
MODELO DE RUTHERFORD
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El neutrón:
Moseley prueba con el uso de rayos X la existencia de partículas en el núcleo diferentes a los protones.
En 1913, mediante estudios de rayos X, determinó la carga nuclear (número atómico) de los elementos. Reagrupó los elementos en orden creciente de número atómico.
Henry Moseley
Bohr
El modelo de Bohr del atomo de hidrógeno
 (1916) 
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E
E = h n
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E
E = h n
DE
DE DT > h
Indeterminación Tiempo-Energía
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El modelo de Bohr Sommerfeld
Sommerfeld
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Ondas de De Broglie
En su tesis (1923), Louis de Broglie sugirió que las partículas de materia deberían tener propiedades similares a las de la radiación electro-magnética. Específicamente, que debían comportarse como ondas con una longitud de onda dada por:
Louis V. de Broglie
(1892-1987)
¿ Si las ondas pueden comportarse como partículas, por qué las partículas no podran ser como ondas ? 
l: longitud de la onda; 
p: cantidad de movimiento
Hipótesis de De Broglie
	Ondas	 = c /λ	frecuencia
	Partículas	E = mc2	Einstein
Planck: E = h
igualando: mc2 = h = h c/λ
 mc = h / λ 
Cuando mc = p 
P = momento de un fotón
p = h/ λ
λ = h/p
Dualidad onda-partícula de De Broglie
 (1924)
De Broglie
Schrödinger
Ecuación de Schrödinger
 (1926)
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i es el numero imaginario, 
Ћ es la constante de Planck dividido por 2π: 1,05459x10-34 joule. Seg
Ψ(r,t) es la función de onda, definido sobre el espacio y tiempo
m es la masa de la partícula
2 es el operador de Laplace,
V(r,t) es la energía potencia influenciando la partícula 
La mecánica cuántica nos sirve como marco de trabajo unificado para comprender que toda materia puede tener propiedades de onda y propiedades de partícula. Toda partícula de la naturaleza, sea un protón, un electrón, átomo o cual fuese, se describe mediante una ecuación diferencial, generalmente, la Ecuación de Schrödinger. Las soluciones a estas ecuaciones se conocen como funciones de onda, dado que son inherentemente ondulatorias en su forma. 
Principio de indeterminación de Heisenberg(1927):
Es imposible en un experimento y en un instante dado determinar simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula
No podemos conocer con total precisión la posición y la trayectoria de un electrón en un átomo !!!!
Ejemplo: Posición y velocidad
π
4
h
 
≥
)
mv
(
Δ
·
x
Δ
Mecánica matricial de Heisenberg (1925) 
Las interacciones fundamentales
Electromagnéticas: Producen la atracción entre los núcleos atómicos y la nube electrónica. Mantienen unidos a los átomos dentro de las moléculas y a las moléculas entre si (fuerzas tipo Van der Waals etc). Son responsables de las reacciones químicas y en última instancia de los procesos biológicos.
Fuertes: Mantienen unidos a los nucleones (protones y neutrones) en el interior del núcleo atómico pese a la repulsión electrostática de los protones. Dan lugar a las reacciones nucleares (fusión y fisión) así como a la desintegración de las resonancias (hadrones de vida media corta) y en particular son responsables de la energía producida en el interior del Sol y las estrellas. 
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Débiles: Desestabilizan el neutrón generando las desintegraciones beta de los núcleos, así como de otras partículas subatómicas de vida media relativamente larga. No conservan ni la paridad ni la conjugación de carga. Son de corto alcance.
Gravitatorias: Determinan la evolución del universo a gran escala, producen la condensación de la materia en estrellas, galaxias, cúmulos y supercúmulos. Son responsables del movimiento planetario y de que estemos confinados en las proximidades de la superficie terrestre.
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Relatividad General
Es la teoría relativista clásica de la gravitación 
Describe la gravitación que como una curvatura del espacio-tiempo
La fuente del campo es la energía
Presenta soluciones cosmológicas (Big-Bang) 
Predice la existencia de los agujeros negros
(horizontes y singularidades)
No conduce a una teoría cuántica de campos consistente para la gravitación 
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Gracias por vuestra atención
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=
c
n
l
)
,
(
)
,
(
)
,
(
2
)
,
(
2
2
t
r
t
r
V
t
r
m
t
r
t
i
y
y
y
+
Ñ
-
=
¶
¶
h
h
1
-
2
2
2
2
2
2
z
y
x
¶
¶
+
¶
¶
+
¶
¶