modelos atómicos y radiaciones ionizantes sin vídeos ppt
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Modelos Atómicos
Moisés López Caeiro
Radiaciones
ionizantes
https://sites.google.com/site/smmfisicayquimi
ca/
Modelos Atómicos
John Dalton
John Dalton
Reino Unido 1766-1844
Modelo de Dalton (1808)
•La materia está formada por partículas muy pequeñas
llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden
destruir.
•Átomo indivisible, sin estructura interna. Todos los
átomos de un mismo elemento son idénticos.
•Los átomos de elementos distintos tienen tamaños y
masas diferentes.
El inglés J. J. Thomson (1856-
1940) demostró en 1897 la
existencia de partículas con carga
eléctrica negativa, los electrones,
al estudiar los rayos catódicos.
Además, determinó la relación
entre la carga y la masa de los
electrones, demostrando que esta
relación era constante e
independiente del material
utilizado.
Experimento de
Thomson
Experimento de
Thomson
Experimento de
Thomson
Modelo de Thomson (1904)
J. J. Thomson, después de medir las
características del electrón, intuyó la existencia
de carga positiva en el átomo, dada la
neutralidad de la materia. Propuso un modelo de
átomo que consistía en:
•una esfera maciza cargada positivamente
•en la esfera se hallan incrustados los
electrones, con carga negativa, como si fuera
“un pudin esférico, relleno de pasas”.
•Anión:
ión negativo
•Catión:
ión positivo
Joseph
Thomson
Joseph John Thomson
Reino Unido 1856-1940. Fue el
descubridor del electrón, de los
isótopos, e inventor del
espectrómetro de masas. En
1906 fue galardonado con el
Premio Nobel de Física.
Experimento de
RutherfordPara comprobar experimentalmente el modelo de Thomson, el
neozelandés Ernest Rutherford (1871-1937) realizó en 1911 una
experiencia que consistía en bombardear con partículas alfa (carga
positiva) una finísima lámina de oro; detrás de la lámina se colocaba una
placa fotográfica para estudiar las trayectorias de las partículas. Ocurría lo
siguiente:
•La mayoría de las partículas atravesaba la lámina de oro sin desviarse.
•Una pequeña proporción atravesaba la lámina con una ligera desviación
en su trayectoria.
•Sólo una de cada 10.000 partículas rebotaba y no atravesaba la lámina.
Experimento de
Rutherford
Experimento de
Rutherford
Ernest
Rutherford
Ernest Rutherford
Nueva Zelanda, 1871-1937
Se dedicó al estudio de las
partículas radioactivas y
logró clasificarlas en alfa,
beta y gamma. Halló que la
radiactividad iba
acompañada por una
desintegración de los
elementos, lo que le valió
ganar el Premio Nobel de
Química en 1908.
Modelo planetario de Rutherford (1911)
Basándose en su experimento, Rutherford
estableció el siguiente modelo atómico: El átomo
está formado por un núcleo y una corteza:
•En un núcleo muy pequeño se concentra la
mayor parte de la masa del átomo formada por
protones de carga positiva y neutrones sin carga
eléctrica.
•En la corteza, girando alrededor del núcleo,
están los electrones de carga eléctrica negativa.
Esta zona ocupa la mayor parte del volumen
atómico.
Experimento de
Rutherford• La explicación de este modelo para la experiencia del
bombardeo de partículas alfa a una lámina de oro es la
siguiente:
• La mayoría de las partículas atravesaban la lámina de oro sin
desviarse. Esto era así porque el átomo está prácticamente
vacío; solo había algunos electrones girando alrededor del
núcleo y la masa de los electrones es muy pequeña.
• Una pequeña proporción atravesaba la lámina con una ligera
desviación en su trayectoria. Las partículas que se desviaban
eran las que pasaban cerca del núcleo, se repelían (ambas
tienen carga positiva) y sufrían una pequeña desviación.
• Sólo una de cada 10.000 partículas rebotaba y no atravesaba
la lámina. Las partículas que rebotaban eran repelidas por el
núcleo. El tamaño del núcleo era muy pequeño comparado
con el tamaño total del átomo, unas 10.000 veces más
pequeño.
• Un poco después, en 1920, Rutherford propuso la existencia
de otra partícula en el núcleo. La denominó neutrón, tendría la
masa del protón y carecía de carga. La evidencia experimental
de esta partícula no se tuvo hasta 1932 con los experimentos
de Chadwick.
• Este modelo explica perfectamente la experiencia de
Rutherford; sin embargo, sería imposible explicar con el
Espectro
Electromagnético
Espectro
electromagnético
Isaac Newton dispersando la luz del
sol a través de un prisma
Sir Isaac Newton
Reino Unido (1642-1727) Describió
la ley de la gravitación universal y
estableció las bases de la mecánica
clásica. Entre sus otros
descubrimientos científicos destacan
los trabajos sobre la naturaleza de la
luz y la óptica y el desarrollo del
cálculo matemático.
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectro
electromagnético
Espectros de
emisión y absorción
Espectros y
exoplanetas
Niels Böhr• Modelo de Bohr
Niels Böhr
Dinamarca 1885-1962
Realizó fundamentales
contribuciones para la
comprensión de la estructura
del átomo y la mecánica
cuántica.
•Órbitas circulares estables con energía
constante
•Sólo están permitidos ciertos valores de
energía. No todas las órbitas están permitida
•Los electrones pueden cambiar de órbita
absorbiendo o emitiendo una cantidad de
energía apropiada (la diferencia de energía
entre las órbitas o niveles)
El modelo de Böhr
(1913)El principal inconveniente del modelo de Rutherford
radica en que si los electrones, que son partículas
cargadas, están girando alrededor del núcleo, van
perdiendo energía y acabarían precipitándose
sobre él en un tiempo muy pequeño (una fracción
de segundo).
Basándose en algunas experiencias de sus
colegas, como el efecto fotoeléctrico, la teoría
cuántica de Planck y Einstein (según la cual la
energía de un sistema no puede aumentar o
disminuir de forma continua, sino a saltos muy
pequeños o “cuantos” de energía) y los espectros
atómicos, el danés Niels Bohr (1885-1962) propuso
un modelo atómico, compuesto por núcleo y
corteza. Al igual que en el modelo de Rutherford, el
átomo también tenía un núcleo positivo y los
electrones giraban en torno a él, pero lo hacían en
unas órbitas circulares, donde no emiten ni
absorben energía. A estas “órbitas permitidas” se
les llamó niveles de energía.
Modelo de SommerfeldEn 1916, Arnold Sommerfeld, en
una ampliación del modelo de
Bohr, supuso que las órbitas
también podían ser elípticas.
Introdujo el número cuántico
magnético.
Arnold Sommerfeld
Alemán 1868-1951
Mecánica Cuántica (1925)
Paul Dirac Werner Heisenberg Erwin
Schrödinger
Werner Heisenberg
Alemania, 1901-1976
Erwin Schrödinger
Austria 1887-1961
Paul Dirac
Reino Unido 1902-
1984
Se abandonó el concepto de órbita estacionaria, debido fundamentalmente a que no se
puede determinar con precisión la posición exacta de un electrón en un determinado
instante.
En la mecánica cuántica se define el orbital como una zona del espacio donde la
probabilidad de encontrar al electrón es máxima.
Modelo mecánico-cuántico de Heisenberg
- Schrödinger (1925) “nube de
probabilidad”•Orbitales: zonas en torno al núcleo en las que la probabilidad de
presencia del electrón es máxima.
•Números cuánticos: etiquetan los orbitales en función de su tamaño,
forma y orientación.
•Cada orbital puede ser ocupado por dos electrones como máximo.
Ecuación de onda de
Schrödinger
Antipartículas y antimateria – Paul Dirac (1925)En 1932, poco después de la predicción del positrón por Dirac, Carl D. Anderson
encontró que las colisiones de los rayos cósmicos producían estas partículas dentro de
una cámara de niebla, un detector de partículas donde los electrones o los positrones que
se mueven a través de él dejan detrás de ellos trayectorias, marcando su movimiento por
el gas.
A cada una de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que
posee la misma masa, el mismo espín, pero distinta carga eléctrica. Algunas partículas
son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga.
Los pares partícula-antipartícula pueden aniquilarse entre ellos si se encuentran en el
estado cuántico apropiado.: e+ + e- → γ + γ
Modelo estándar
Modelo estándar Los QuarksLa noción de quark teórica nace del intento de clasificar a los hadrones,
las partículas sensibles a la fuerza nuclear fuerte, ahora explicados
gracias al modelo de quarks.
Los análisis de ciertas propiedades de reacciones de altas energías de
hadrones llevó a Richard Feynman (EEUU), creador de la electrodinámica
cuántica, a postular subestructuras de hadrones.
Murray Gell-Mann (EEUU) y Kazuhiko Nishijima (Japón) realizaron esa
clasificación de manera independiente en 1964.
Gell-MannNishijimaFeynman
Modelo
estándarEl modelo estándar es un modelo teórico que
describe todas las partículas elementales
conocidas hasta ahora, así como el ya
descubierto bosón de Higgs. Este modelo
agrupa las partículas en generaciones de dos
leptones y dos quarks. Entre ellas varía la masa
que va aumentando de acuerdo al número de la
generación, siendo la tercera la más pesada
hasta el momento. El modelo estándar predice
las tres generaciones de quarks y leptones que
conocemos, pero no podría descartarse del
todo la posibilidad de una cuarta generación.
Este modelo contiene seis sabores de quarks
(q) divididos en tres generaciones. En la
primera tenemos los quarks arriba (u) y abajo
(d). En la segunda, los quarks encantado (c) y
extraño (s). Y en la tercera, los quarks fondo (b)
y cima (t). Las Antipartículas de los quarks son
los antiquarks, y son denotados por una barra
sobre el símbolo del correspondiente quark, por
ejemplo, si un quark se representa u, un
antiquark se escribe ū . Así como con la
antimateria en general, los antiquarks tienen la
misma masa, vida media, y espín que sus
Modelo estándar Escala del Átomo al
Quark
Modelo
estándar
Modelo
estándar
Modelo estándar: Sheldom Glashow –
Steven Weinberg – Abdus Salam – Peter Higgs
– François Englert (1960-67)
Glashow Weinberg Salam Higgs Englert
Protón Neutrón
Modelo
estándar
Escalas del universo
Radiaciones Ionizantes
Las radiaciones ionizantes son aquellas radiaciones con energía
suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus
estados ligados al átomo.
La ionización es un fenómeno físico mediante el cual se producen
iones, es decir, átomos cargados eléctricamente debido al exceso o falta
de electrones respecto a un átomo neutro. Se llama anión a un ión
negativo con más electrones que el átomo neutro. Se llama catión a un
ión positivo con menos electrones que el átomo neutro.
Wilhelm Conrad Röntgen
Alemania; 1845-1923
Descubridor de los rayos X
Marie Skłodowska Curie
Polonia 1867-1934 Pionera en
el campo de la radiactividad,
fue la primera persona en
recibir dos premios Nobel y la
primera mujer en ser profesora
en la Universidad de París.
Pierre Curie
Francia 1859-1906 Pionero en
el estudio de la radiactividad y
descubridor de la
piezoelectricidad que fue
galardonado con el Premio
Nobel de Física del año 1903.
Henri Becquerel
Francia 1852-1908 Descubridor de
la radiactividad y galardonado con
el Premio Nobel de Física del año
1903.
Radiaciones ionizantes.
Radiactividad.
Radiación α (alfa)La emisión alfa son núcleos de helio-4. Las partículas alfa son emitidas por
los núcleos a gran velocidad, pero se frenan rápidamente en el aire y tienen
escaso poder de penetración: unas cuantas hojas de papel son capaces de
detenerlas. Sin embargo, es muy ionizante. Tiene una gran masa y carga
eléctrica positiva.
Radiación β (beta)La emisión beta proviene de la desintegración de un neutrón del núcleo que se
transforma en un protón y un electrón. Son electrones que se desplazan a gran
velocidad. Las partículas beta tienen un gran poder de penetración: son capaces
de atravesar láminas de aluminio de varios milímetros de espesor (hasta 5 mm).
Tiene poca masa y carga eléctrica negativa.
Radiación γ (gamma)La radiación gamma consiste en la desexcitación de un núcleo. Son
radiaciones de alta energía que se propagan a la velocidad de la luz. Los rayos
gama pueden atravesar finas capas de metal y penetrar en el cuerpo de los
seres vivos; atraviesa acero de hasta 15 mm de espesor, sin embargo, son
detenidos por el plomo o el hormigón. Tiene masa nula y carga neutra.
Radiaciones
ionizantes
Radiaciones
ionizantes
Otras radiacionesEmisión de
positrones
Captura electrónica
Fisión espontánea
Cadena de
desintegraciónSe llama
cadena de
desintegración
al conjunto de
los
radioisótopos
que se generan
durante el
proceso
mediante el cual
un isótopo
radiactivo decae
en otro isótopo
(llamado hijo), y
éste a su vez
decae o se
desintegra en
otro isótopo y
así
sucesivamente
hasta alcanzar
un isótopo
Diagrama de Segrè Tabla de
NucleidosEl diagrama de Segrè es
una tabla de nucleidos
donde se representa el
número de neutrones frente
al número de protones de
los isótopos.
Cada punto es un nucleido
real o hipotético.
En negro se reflejan los
núcleos estables y en otros
colores los núcleos
inestables coloreados según
el período de
desintegración. Obsérvese
que un ligero exceso de
neutrones favorece la
estabilidad en átomos
pesados.
La Fisión y la Fusión
pueden producir EnergíaLos núcleos están
formados por protones y
neutrones, pero la masa de
un núcleo es siempre
menor que la suma de las
masas individuales de los
protones y neutrones que lo
constituyen. La diferencia
es una medida de la
energía de enlace nuclear
que mantiene unido el
núcleo. Esta energía de
enlace se puede calcular a
partir de la fórmula de
Einstein:
Energía de Enlace Nuclear
= Δmc2
Detectores de
Radiación
Contador Geiger -
MüllerEl contador o detector Geiger – Müller consta de un
electrodo central en el interior de un cilindro metálico
hueco que contiene un gas, normalmente Argón a
baja presión que se ioniza cuando lo atraviesa la
radiación. Si se aplica una diferencia de potencial
entre los electrodos, los iones obtenidos permiten el
paso de la corriente, pues cierran el circuito. Con esto
provoca un corto pulso de corriente eléctrica, que
activa el contador de impulsos.
Johannes (Hans)
Wilhelm Geiger
Alemania 1882-1945.
Junto a Walter Müller
desarrolló el contador
Geiger.
Contador Geiger -
Müller
El ángulo sólido es el ángulo espacial que abarca un objeto visto desde un punto dado, que se
corresponde con la zona del espacio limitada por una superficie cónica. Mide el tamaño
aparente de ese objeto.
La unidad del ángulo sólido en el SI es el estereorradián, cuyo símbolo es sr. Es el área del
casquete esférico, en una esfera de radio unidad, abarcado por un cono cuyo vértice está en el
centro de la esfera. Es una magnitud adimensional que se representa con la letra griega Ω.
Donde S es la superficie cubierta por el objeto en una esfera imaginaria
de radio R, cuyo centro coincide con el vértice del ángulo.
Por tanto, un estereorradián es el ángulo que cubre una superficie r2 a
una distancia r del vértice.
siendo s la longitud de arco, y r el radio del círculo.
Analogía con el radián
En dos dimensiones, el ángulo en
radianes, está relacionado con la longitud
de arco, y es:
Para calcular el ángulo sólido bajo el cual se ve un objeto desde un
punto, se proyecta el objeto sobre una esfera de radio R conocido,
centrada en el punto de vista. Si la superficie de la proyección del objeto
sobre la esfera es S, el ángulo sólido bajo el cual se ve el objeto es, por
definición:
Ángulo
Sólido
Un centelleador es un material que centellea, o sea, exhibe luminiscencia
cuando por él pasa radiación ionizante (electrones, positrones u otras
partículas o iones más pesados). Esto se produce porque el material absorbe
parte de la energía de la partícula incidente y la re-emite en forma de un corto
destello de luz, típicamente en el rango de la luz visible. Si esta re-emisión es
rápida (en menos de unos 10-8 s), el fenómeno se conoce como
fluorescencia. De lo contrario, si la excitación es metaestable y dura de
microsegundos a horas, nos referimos al fenómeno como fosforescencia.
Centelleador
Contador de CentelleoEl centelleador consta de una pantalla luminiscente que produce destellos al
ser alcanzada por la radiación. Estos destellos son convertidos en una señal
eléctrica, muy débil, que es amplificada por un tubo fotomultiplicador PMT
compuesto por dinodos en un proceso llamado “avalancha” que se alimenta
con una diferencia de potencial de hasta 2 kV. El fotomultiplicador absorbe la
luz emitida por el centelleador y la re-emite como electrones por efecto
fotoeléctrico, y a continuación hace que los electrones se multipliquen en una
cascada de dinodos a mayor y mayor potencial eléctrico y acaban por
producir una corriente eléctrica. Los fotodiodos generan la corriente en un
fragmento de silicio.
Un sistema electrónico cuenta el número de impactos en la pantalla.
Contador de Centelleo
Contador de Centelleo
Contador de Centelleo
Contador de Centelleo
AMS Alpha Magnetic
SpectrometerEl Espectrómetro Magnético Alpha, también designado AMS-02, es un
módulo experimental de física de partículas que está instalado en la Estación
Espacial Internacional. Fue diseñado para detectar materia exótica mediante
la medición de rayos cósmicos. Sus instrumentos ayudarán a los científicos a
estudiar la formación del Universo y a detectar materia oscura y antimateria.
Su investigador principal es el físico de partículas Samuel Ting, ganador del
Premio Nobel de física en 1976.
AMS Alpha Magnetic
Spectrometer
RMN Resonancia Magnética
Nuclear
PET Tomografía de Emisión de
Positrones
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