Fisica Atómica

Fisica Atómica

1. Primeros modelos y comprensión temprana del atomo

   • Modelo de Dalton
     • Uno de los primeros modelos, señala que el átomo de una particula maciza y que son diferentes dependiendo del elemento
   • Modelo de Thompson
     • Thompson descubre el electrón señala el modelo de pastel de pasas , con una region difusa positiva con los electrones incrustados en ella
   • Modelo de Rutherford
     • Thompson realiza un experimento, bombardea con particulas alfa una lámina muy delgada de oro, la gran mayoria de particulas atraviesa sin problemas algunas se ven desviadas e incluso algunas pocas rebotan, señala que el atomo es en gran parte vacío con la carga positiva concentrada en el centro con los electrones orbitando ésta,también llamado modelo planetario
       • No explica el porqué el electrón no cae al núcleo , tampoco la NO emisión de luz de un objeto en aceleración centrípeta, no explica la preferencia de absorción de ciertas longitudes de onda
   • Modelo de Bohr
     • Los electrones orbitan de forma circular al núcleo en niveles discretos permitidos de energía, es el primer acercamiento a la mecánica cuántica
       • Se consigue una relación para cada nivel de energía
         • De la ecuación anterior se desprende la ecuación para calcular la energía del fotón absorbido o emitido debido al salto de los electrones entre los niveles de energía la cual resulta ser idéntica a la que se obtuvo para los espectros pero de manera teórica
           • Aunque es un avance para la física atómica no logra explicar el efecto Zeeman
           • la ecuación de aquí es la llamada serie de Balmer, para transiciones desde un nivel n hasta el nivel 2
         • Valido para H
   • Espectro atómico
     • Cada elemento posee un espectro de luz(una huella propia) característico, estos son de emisión y de absorción, se emite o se absorbe en "colores" específicos, emitidos cuando este se calienta o se le hace pasar una luz con espectro continuo empíricamente se descubre que sigue una relación de serie matemática
       • Se identifica un elemento nuevo en el sol, el helio

2. Mecánica cuántica

   • Principio de correspondencia
     • Al desarrollar nuevas teorías deben ser capaces de explicar los fenómenos anteriores y los nuevos , estar de acuerdo con la anterior, por ejemplo , la física newtoniana es un caso particular de la mecanica relativista, y la fisica clásica es aplicable a niveles de energía muy grandes en donde la diferencia en energía es muy poca
   • Ecuación de Schrödinger
     • Schrödinger postula que los electrones siguen a la llamada "función de onda", que representa a estas particulas como una onda de probabilidad que se extiende por el espacio , esta no es su posicion sino su probabilidad de encontrar a esta en el lugar señalado
       • Esta en realidad es la forma del potencial asociado al lugar donde "vive el electrón", y no este en si mismo, pero se dice que esto es el electrón
     • Al resolver esta ecuacion en las componentes radial, angular en theta y angular en phi quedan como soluciones, numeros discretos, estos son los números cuanticos
       • Números cuánticos
         • Número cuántico principal
           • Esta es obtenida luego de resolver la componente radial de la ecuacion diferencial separable , tiene valores pertenecientes a los numeros naturales n = 1, 2, 3, 4, 5...
         • Número cuántico orbital
           • el electrón posee una cantidad de movimiento angular pues es un cuerpo en movimiento circula, aunque esta es una ayuda para entenderlo de mejor forma, pues en realidad no está girando, sin embargo posee esta cantidad toma valores correspodientes a l = n-1 , n = 1, 2, 3, 4, 5
         • Número cuántico magnético
           • El electrón además de presentar giro , tiene una dirección de giro, estas se encuentran cuantizadas y corresponden a los valores, con respecto a un eje z de L hasta -L, (ejemplo L =2 , m_L = k , k = -2, -1, 0, 1, 2 ) , cada uno de estos toma el nombre de orbital
         • Número cuántico espin
           • los números antes mencionados describían a los electrones, pero en realidad son el doble pues faltaba un numero atómico, que es el de el giro mismo del electron en torno a su eje, aunque esta acepcion no es del todo cierta ya que el electrón en ciertas partes podría alcanzar velocidades super luminicas , lo cual no es posible, pero aun así posee un espin que toma valores m_s = 1/2 o -1/2
             • Su existencia puede verse por los "dobletes", las lineas de emisión producidas, (separadas por el efecto zeeman) son en realidad dos lineas producidas , esto se debe a la ligera diferencia de energía entre un espin y el otro
   • Principio de exclusión de Pauli
     • Se postula que dos electrones no pueden tener la misma combinacion de numeros cuantico principal, orbital, magnetico y de espin, esta configuracion es única para cada electrón

3. Tabla Periódica

   • Necesidad de un ordenamiento de los elementos existentes , dan cuenta de un patrón en ciertos números atómicos, propiedades de un elemento que se repiten en otros, como reactividad, estabilidad, electropositividad ,etc. De ahí su nombre de "periódica",
   • Configuración electronica
     • Cada electrón posee una configuración electrónica , ejemplo: Berilio , z=4 , su configuracion es , 1s2 2p2 , esto significa que su ultimo electron está en la capa 2, en la subcapa p

4. Fenómenos y algunas aplicaciones de la Física Atómica

   • Transiciones entre niveles atómicos
     • Absorcion Estimulada
       • Cuando tenemo un atomo en estado fundamental este puede ser incidido con un foton con suficiente energía para llevar a un electrón desde su estado fundamental a uno excitado
     • Emision espontánea
       • Los electrones que se encuentran en estados excitados no duran mucho tiempo, es estima que su tiempo de vida es del orden de los 10^-8 seg , lo cual es un tiempo muy corto, luego de ese tiempo el electrón vuelve a su estado fundamental emitiendo un fotón con la energía correspondiente a la diferencia de energía entre niveles
     • Emisión estimulada
       • cuando un electrón se encuentra en un estado excitado y se le hace incidir un foton con la diferencia de energia entre ese mismo estado excitado se puede producir otro foton de la misma frecuencia que el incidente, para que este fenómeno ocurra deben darse las siguientes condiciones
         • Estado excitado debe durar mas tiempo que el usual (10^-8 seg), "estado metaestable"
         • Deben haber más electrones en estado excitado que electrones en estado fundamental, esto es, "inversión de población"
         • todos estos fotones deben ser confinados un tiempo suficiente para reunir los suficientes
       • Láser
         • Es la concentracion de luz de un solo color, y con fases de onda iguales(todas las crestas van alineadas )", se vale del fenómeno emisión estimulada, lo que logra este haz de luz potente,coherente y enfocado, el color depende del material con el que se fabrica
           • De entre las aplicaciones tenemos: tijeras láser, pinzas óptica, melaza óptica, bisturí láser, medición de distancias
     • Espectro atómico de rayos X
       • se hacen incidir un flujo de electrones en un metal dando como resultado un espectro continuo de rayos X, con dos peaks
         • Lineas discretas
           • cuando un electrón es muy energético este puede llegar hasta los niveles mas profundos del átomo, como consecuencia es capaz de sacar uno de estos, dejando un "hueco", cuando otro electrón de un nivel superior baja al nivel con este hueco se produce un fotón con la energía típica propia de los rayos X
         • Espectro continuo
           • Este espectro es producido ya que cuando los electrones llegan al metal , estos pueden interactuar con las particulas, esto puede significar que el electron pierde toda su energia de una vez o con un numero indefinido de interacciones , cada interaccion da lugar a la emision de un foton con la energía perdida en la desaceleración,a esta radiacion continua se le conoce como radiación de frenado (Bremstrallung))
   • Efecto Zeeman
     • Cuando se aplica un campo magnético intenso a un elemento que presenta lineas de emision , esta lines se divide en 3 partes, una se mantiene en la longitud de onda original, mientras que las dos restantes, estan corridas un delta hacie el rojo y el mismo delta hacie el azul

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