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Objeto de Estudio 2
TEORÍA ONDULATORIA
Resultado de aprendizaje
Describir los experimentos y propiedades de la materia que condujeron al planteamiento y establecimiento de la teoría cuántica. Relacionar los espectros de emisión con el modelo atómico de Bohr.
Preguntas guía
- ¿Qué significa que el electrón sea de naturaleza dual? si las ondas luminosas se comportan como una corriente de partículas (fotones), las partículas pequeñas como los electrones se podían comportar como ondas.
A. ACTIVIDADES PREVIAS
Las actividades previas tienen como finalidad llevarlo a la reflexión sobre el objeto de estudio a abordar. Toma como punto de partida el que usted reconozca lo que sabe y lo que ignora sobre el tema. Dar respuesta a las siguientes preguntas:
- ¿Qué es una onda? Una alteración vibracional mediante la cual trasmite la energía.
- Dibuja una onda y escribe las características de ésta.
- ¿Qué es una radiación electromagnética? Es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas
- Menciona los tipos de radiación electromagnética. Rayos Gamma. Rayos X. Rayos Ultravioleta Luz visible. Radiación infrarroja. Radiación de microondas. Ondas de radio. Amplitud: desplazamiento máximo de un punto arriba o abajo respecto a la posición de equilibrio. Longitud de onda : distancia entre 2 ondas o 2 valles. Nodos: se define como el punto en donde la onda atraviesa la línea o el punto de equilibrio. Cresta: la posición más alta. Valle: El valle de una onda se define como la parte más baja de una onda. Línea de equilibrio: indica la posición de equilibrio punto medio de vibración.
- En un campo magnético de 2.35 teslas, los núcleos de 13 C absorben radiación electromagnética cuya frecuencia es 25.147 MHz. Calcular la longitud de onda de esta radiación. ¿A qué región del espectro electromagnético pertenece?
- Un oído humano puede oír ondas sonoras con frecuencias entre unos 20 y 20, hertz. Si la velocidad del sonido es 340.3 metros por segundo al nivel del mar, ¿Cuál es la longitud máxima de las ondas que puede percibir el oído humano? 𝜆 1 =
- 3 𝑚/𝑠 20 𝐻𝑧 = 17.015m 𝜆 2 = 𝑣 𝑣 2
3 𝑚/𝑠 20 , 000 𝐻 2 = 0.017015m
Un odontólogo utiliza rayos X (=1.00 Å) para tomar una serie de radiografías dentales mientras su paciente escucha una estación de radio (= 325 cm) y ve a través de la ventana el cielo azul (= 473 nm). ¿Cuál es la frecuencia (Hz) de radiación electromagnética de cada fuente?
¿Qué nueva idea acerca de la energía planteó Max Planck para explicar la radiación del cuerpo negro?
Cuando un compuesto que contiene iones Cs se calienta a la llama de un mechero Bunsen, emiten fotones con una energía de 4.30 X10-19^ J. ¿De qué color es la llama de cesio?
El color azul del cielo se debe a la dispersión de la luz solar por las moléculas del aire. La luz azul tiene una frecuencia de unos 7.5 X 10^4 Hz. a) Calcular la longitud de onda (nm, Å), asociada a esta radiación. b) Calcule la energía (kJ), de un sólo fotón asociado a esta frecuencia.
La retina del ojo humano es capaz de detectar luz cuando la energía radiante incidente es de por lo menos 4.0 X 10-17 J. ¿Cuántos fotones de una luz de 600 nm de longitud de onda equivalen a esta energía?
- El cobalto 60 es un isótopo radiactivo usado para el tratamiento de cáncer del cerebro y otros tejidos. Un rayo gamma emitido por un átomo de este isótopo tiene una energía de 1.33 MeV (millones de electrón volts; 1 eV=1.602x10-19^ J). ¿Cuál es la frecuencia (GHz) y la longitud de onda (en m y nm) de esta radiación gamma? 1.- E= 1.33 e V = 2.13066 x J =? h = 6.626 x J/s 3.- = = 3. 2156 x s R = = 7.4650 x
- ¿Qué idea acerca de la luz usó Albert Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico? Un fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que han sido expuestos a la luz de una determinada frecuencia mínima, y que se conoce como frecuencia umbral.
- ¿Por qué el efecto fotoeléctrico presenta una frecuencia umbral? y ¿Por qué no presenta un intervalo de tiempo? El número de electrones no tenían la energía para proporcionar la intensidad de la luz y los electrones no liberaban la frecuencia para ser umbral.
E= =
1 e V = 1.602 x J (1, 330, 000) (1,602 X ) = 2, 13066 X J 4.- = = 7.4650 x x
a) K = K= 5.40 x b) Ag = Ag = 2.61 x c) Na = Na = 4.
- Explica en qué consistió el modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno. Consideraba al átomo como una unidad donde los electrones giraban alrededor del núcleo en orbitas circulares a gran velocidad, este modelo semejaba el movimiento de los planetas alrededor del sol. La tracción electroestática entre le patrón positivo “solar” y el electrón negativo “planetario” empujaba el electrón hacia el interior, y esta fuerza se contrarrestaba por la aceleración interna debido al movimiento circular del electrón. De acuerdo con la ley de física clásica un electrón que se mueve en la órbita del átomo del hidrogeno experimenta una aceleración hacia el núcleo al emitir energía en forma de ondas electromagnéticas.
- ¿Cuáles son las limitaciones de la teoría de Bohr? El electrón solo puede ocupar cierta orbita de energía especifica. La energía del electrón esta cuantizada, un electrón en cualquiera de la orbitas permitidas no se moverá en espiral hacia el núcleo, por lo tanto no irradiara energía.
- ¿Cuáles de estas transiciones de electrones corresponden a absorción de energía y cuáles a emisión? a. n=1 hasta n=2 __________________________ b. n=6 hasta n=4 __________________________ c. n=3 hasta n=5 __________________________ d. n=2 hasta n=4 __________________________
- ¿Cuál es la longitud de onda (en m y nm) de un fotón emitido durante la transición desde el estado n 1 =7 al estado n 2 =4 en el átomo de hidrógeno? △𝑒 = 𝑅ℎ( 1 𝑛^1 ሺ^2 ሻ^ − 1 𝑛^2 ሺ^2 ሻ ) △𝑒 =2.18 x 10 −^18 ( 1 72 − 1 42 ) = 9.1760 x 10 −^20
- Clasificar las siguientes transiciones de electrones para el átomo de hidrógeno en orden de energía decreciente para el fotón absorbido o emitido. a. n=2 hasta n=4 __________________________ b. n=2 hasta n=1 __________________________ c. n=2 hasta n=5 __________________________ d. n=4 hasta n=3 __________________________
- Calcula la frecuencia y la longitud de onda (m y Å) del fotón absorbido por un átomo de hidrógeno cuando su electrón sufre una transición del nivel n=1 al nivel n=6.
- El electrón de un átomo de Hidrógeno en estado basal absorbe un fotón de longitud de onda de 97.20 nm. ¿A qué nivel de energía se mueve el electrón?
- Explica el enunciado: La materia es de “naturaleza dual” y ¿por quién fue propuesta?
- Una partícula alfa (masa = 6.6 X 10-24^ g) emitida por el elemento radio viaja a 5. X 10 7 mih. a) ¿Cuál es la longitud de onda de De Broglie (en nm)?
- Calcula la longitud de onda de Broglie asociada con un rayo de protones que se mueven a 3.6x10^4 cm/s.
- ¿Cuál es la longitud de onda asociada a un rayo de neutrones que se mueve con una velocidad de 6?3 x 10^2 m/s?
- Calcular las velocidades de los electrones que tienen las longitudes de onda de Broglie de 1.0x10^2 nm y 1.0 nm, respectivamente.
- Si las partículas presentan un movimiento ondulatorio, ¿Por qué no observamos dicho movimiento en el mundo macroscópico?
C. ACTIVIDADES DE APLICACIÓN.
Resolver los siguientes problemas o actividades.
- Clasificar los siguientes fotones en términos de energía creciente: a) IR (v=6.5 X 1013 s-1); b) microondas (v=9.8 X 10^11 s-1); c) UV (v=8.0 X 10^15 s-1).
- En la fotosíntesis se emplea luz de 660 nm para trasformar el CO 2 y H 2 O en glucosa y O 2. Calcular la frecuencia de esta luz.
n= 236 a n=235. ¿En qué región del espectro electromagnético cae esta longitud de onda?
- Calcula la longitud de onda de Broglie asociada con un rayo de protones que se mueven a 5.7x10^8 m/s.
- Una partícula tiene una velocidad equivalente a 90% de la velocidad de la luz. Si la velocidad de onda de la partícula es 1.5x10-15^ m, calcular la masa de la partícula.
- Calcular la velocidad de un neutrón con una longitud de onda de 75 pm (1 pm = 10 -12^ m).
D. EVIDENCIA INTEGRADORA DEL DESEMPEÑO
- Se requieren 208.4 KJ de energía para retirar un mol de electrones de un átomo en la superficie de rubidio metálico. ¿Cuánta energía se requiere para retirar un solo electrón de un átomo que se encuentra en la superficie del rubidio sólido? ¿Cuál es la longitud de onda máxima de la luz que puede ocasionar esto?
- Un ion metálico Mn+^ tiene un solo electrón. La línea de mayor energía en su espectro de emisión ocurre a una frecuencia de 2.961 X 10^16 Hz. Identificar el ión.
- Investigar y describir tres aplicaciones del efecto fotoeléctrico en la actualidad.
- Diseñar un utensilio para observar un espectro de luz.
- Explica por qué los astrónomos pueden saber qué elementos se encuentran en las estrellas lejanas analizando la radiación electromagnética que emiten las estrellas.
- Cuando los electrones excitados de un átomo de hidrógeno descienden de nivel inicial 5 a nivel final 2, se emite un fotón de luz azul. Si un electrón excitado de He+ cae a partir de n=4, ¿a qué nivel energético debe caer para que emita un luz azul similar? Comprobarlo.
