© 2010 Pearson Education, Inc. Fisica Conceptual 11 Edicion El atomo y el cuanto.

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Fisica Conceptual11 Edicion

El atomo y el cuanto


En el experimento de Rutherford’s, una pelicula delgada de oro es bombardeada por un rayo de particulas alfa.

• Casi todas las particulas pasaron con nada o casi nada de desviacion.

• Algunas particulas fueron desvidas de su trayectoria en linea recta.

• Se observo una mayor desviacion en una pequena cantidad de particulas.

• Y una cantidad aun mas pequena de particulas fue desviada hacia atras !

Descubrimiento del nucleo del atomo


Estas particulas alfa habian golpeado algo muy masivo, —pero que?

• El razonamiento de Rutherford que las particulas que no fueron desviadas viajaron a traves de espacios vacios en la pelicula de oro,

• Mientras que el pequeno numero de particulas que no fueron desviadas fueron repelidas por un nucleo extremadamente denso y con carga positiva.

• La conclusion fue que cada atomo deberia tener un nucleo y lo llamo: el nucleo atomico.


Descubrimiento del Electron• Los electrodos en un tubo

de rayos catodicos a baja presion se conecta auna fuente de voltaje, causando que el gas brille debido a un “rayo” que emerge de la terminal negativa (el catodo).

• Unas pequenas ranuras hacen que el rayo sea mas estrecho y unas placas evitan que el rayo alcance la terminal positiva (anodo).


• Si acercamos cargas al tubo, el rayo es atraido hacia las cargas positivas y se aleja de las cargas negativas.

• El rayo tambien se desvia en la presencia de un iman.

• Lo anterior indicaba que el rayo estaba constituido de cargas negativas.


El razonamiento de Thomson fue que la desviacion del rayo dependia de la masa de sus particulas y de su carga electrica.

• Las particulas con mayor masa presentan una mayor inercia y su desviacion es menor.

• Las particulas con una cantidad de carga mayor producen una fuerza mayor y se desvian mas.

• A mayor velocidad, menor desviacion.


• Millikan rocio pequenas gotas de aceite en una camara con placas electricamente cargadas—dentro de un campo electrico.

• El ajusto el campo de tal forma que las gotas se mantuvieran sin movimiento, (cuando la fuerza de gravedad y las fuerzas electricas estan balanceadas.

• El encontro que la carga

en cada gota era siempre

un multiplo de la carga de

un valor singular

– la carga de cada electron.


Espectro atomico: Pistas de la estructura atomica

• El espectro del hidrogeno presenta una importante secuencia que empieza con una linea en la region roja, seguida de una en la azul, y luego varias lineas en la violeta, y muchas en la ultravioleta.

• El espaciamiento entre las lineas se hace cada vez mas pequeno desde la primera linea en el rojo hasta las lineas en el ultravioleta, hata que las lineas se hacen tan pequenas que parecen continuas.


• Balmer expreso las longitudes de onda de estas lineas en una formula matematica. – Pero nunca pudo dar una explicacion de porque su formula

fue exitosa.

• Rydberg se dio cuenta que la frecuencia de ciertas lineas en ciertas series en otros elementos seguian un patron tal que la suma de las frecuencias de dos lineas equivalian a la frecuencia de la tercer linea.

• Esta relacion fue formulada como un principio general por Ritz y fue llamada El principio de combinacion de Ritz.


Modelo atomico de Bohr• Bohr encontro que los electrones

ocupaban estados “estacionarios” (de energia fija, no de posicion fija) a diferentes distancias del nucleo.

• Los electrones pueden hacer “saltos cuanticos” de un estado de energia a otro.

• Cuando esto ocurre (de un nivel alto de energia a uno bajo), se emite luz.

• La frecuencia de la radiacion que se emite esta dada por la ecuacion

E = hf en donde E es la diferencia de la energia del atomo cuando el elctron esta en orbitas diferentes.


• De acuerdo a la teoria clasica, un electron acelerado alrededor de su orbita deberia emitir radiacion continuamente.

• Esta perdida de energia deberia causar que el electron viajara rapidamente en forma de espiral hacia el nucleo.

• Pero esto no pasa.


Explicacion de niveles cuanticos de Energia

• Louis de Broglie formulo la hipotesis de que cada onda esta asociada con una cierta energia.

– La longitud de onda de una onda mecanica esta relacionada con el momentum de la particula.

– de Broglie mostro que existe una orbita de Bohr cuando un onda de un electron se cierra en si misma constructivamente.

– La onda del electron se convierte en una onda estacionaria, como una onda en una cuerda musical.


En esta perspectiva, el electron no se considera como una particula ubicada en algun punto en el atomo, sino como si su masa y su carga estuvieran distribuidas en una onda estacionaria rodeando el nucleo atomico con un numero entero de longitudes de onda que caben exactamente en las circunferencias de sus orbitas.


(a) Un electron forma una onda estacionaria solamente cuando la circunferencia de su orbita es igual a un numero entero multiple de su longitud de onda

(b) Cuando la onda no se cierra en si misma y en fase, ocurre interferencia destructiva.


La circunferencia de la orbita mas cercana al nucleo, de acuerdo con este modelo, es igual a una longitud de onda de un electron.

• La segunda tiene una circunferencia de los longitudes de onda de un electron.

• Y asi sucesivamente….


• Las orbitas de los electrones en un atomo tienen radios discretos porque las circunferencias de las orbitas son numeros enteros multiples de una longitud de onda de un electron. Esto da como resultado estados de energia discretos para cada orbita


• Este modelo explica porque los electrones no se acercan en forma de espiral al nucleo, causando que el tamano de los atomos disminuya al del pequeno nucleo.

• Si cada orbita del electron es descrita por una onda

estacionartia, la circunferencia de la orbita mas pequena no puede ser mas pequena que una longitud de onda.

No es posible una pequena fraccion de longitud de onda en una onda estacionaria.

–Si el atomo posee el momentum necesario para que se comporte como una onda, el tamano de los atomos no disminuye.


Mecanica cuantica

• La ecuacion fundamental de la mecanica cuantica es la Ecuacion de Schrödinger :


Mecanica cuantica

• En la ecuacion de Schrödinger, la cosa que “ondea” es la no-material amplitud de onda de materia —una entidad matematica llamada funcion de onda, representeda por el simbolo (psi). Toda la informacion acerca de la onda material esta contenida en la ecuacion de onda.


• Modelo de Bohr – Modelo modificado de las ondas de de Broglie –modelo de Schrödinger


Principio de correspondencia

• Formulado por Niels Bohr :– Si una nueva teoria es valida, debe contar con los

resultados verificados por la teoria anterior.


En cual de estos aplica el Principio de correspondencia?

A. La ecuacion de Schrödinger lleva a las ecuaciones de Newton del movimiento orbital de los satelites.

B. La energia de una particula puede ser exopresada como E = mc2.

C. La difraccion puede ser explicada como particulas o como fotones.

D. Todos los anteriores.

Correspondence PrincipleCHECK YOUR NEIGHBOR


En cual de estos aplica el Principio de correspondencia?

A. La ecuacion de Schrödinger lleva a las ecuaciones de Newton del movimiento orbital de los satelites.

B. La energia de una particula puede ser exopresada como E = mc2.

C. La difraccion puede ser explicada como particulas o como fotones.

D. Todos los anteriores.

La nueva y la vieja teoria se deben aceptar si las dos son validas

Correspondence PrincipleCHECK YOUR NEIGHBOR

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