7/30/2019 Usmp atom c-2

1/35

04/01/2013 1

Unidad 1

Clase 2

Bases y principios de lamecnica cuntica

El tomo

7/30/2019 Usmp atom c-2

2/35

04/01/2013 2

Logros

Describe y representa el tomo, su estructura y suscomponentes.

Diferencia a los nclidos y define que son istopos.

Relaciona las ondas electromagnticas con la salud humana.

7/30/2019 Usmp atom c-2

3/35

04/01/2013 3

Modelo atmico actual

El tomo es la partculams pequea de un

elemento qumico queconserva las propiedades

de dicho elemento.

El tomo es un sistemadinmico y energtico enequilibrio, constituido

por el ncleo y una zonaextranuclear.

7/30/2019 Usmp atom c-2

4/35

04/01/2013 4

Partes del tomo

NcleoEs la parte central, muy pequeo y de carga positiva, contiene 200

tipos de partculas denominadas nucleones, de los cuales, los protonesy neutrones son los ms importantes.

Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que esla fuerza natural ms grande que se conoce y tiene corto alcance, slopara dimensiones nucleares.

Zona extranuclear, envoltura o capa atmicaEs un espacio muy grande (constituye el 99,99% del volumen atmico),donde se encuentran los electrones ocupando ciertos estados deenerga (orbitales, subniveles y niveles).

7/30/2019 Usmp atom c-2

5/35

04/01/2013 5

Partculas subatmicas fundamentales

Son aquellas que estn presentes en cualquier tomo, y sontres partculas fundamentales electrones, protones y

neutrones.Los nucleones fundamentales son los protones y neutrones.

Electrn (e-)Es una partcula muy estable (no decae en otras partculas); conspin igual a , y su tiempo de vida es infinito.Protn (1p

+)Es una partcula positiva cuya masa es 1 835 veces mayor que la

del electrn y su tiempo de vida es infinito.Neutrn (1n)Es una partcula pesada que ele e- y el p+, es menos estable, conun tiempo de vida de 16,66 minutos.

7/30/2019 Usmp atom c-2

6/35

04/01/2013 6

Representacin de un ncleoSe representa en funcin de su nmero de masa(A) y nmero atmico (Z)

Nmero de masa o peso atmico (A)

Es la suma total de partculas fundamentales del ncleo de un

tomo, o sea, el nmero de nucleones fundamentales (suma delnmero total de protones y nmero de neutrones) presentes en elncleo del tomo de cada elemento.

A excepcin del Hidrgeno que solo tiene un protn y ningn neutrn,

todos los dems elementos tienen protones y neutrones:

# masa (A) = nmero de + nmero deprotones neutrones

7/30/2019 Usmp atom c-2

7/35

04/01/2013 7

El nmero atmico (Z)

Es el nmero de protones presentes en el ncleo atmicode cada elemento.

En un tomo neutro el nmero de protones es

exactamente igual al nmero de electrones:

# protones = # electrones

Este nmero es el que define al elemento.

7/30/2019 Usmp atom c-2

8/35

04/01/2013 8

Teora cuntica

Los e- transfieren energa al pasar de unnivel a otro.La energa no puede tener cualquier valor

sino que esta cuantizada (en paquetes).La energa que se transfiere es denaturaleza luminosa.Un tomo puede absorber o emitir luz.La luz es de naturaleza dual:

Como partculas yComo ondas electromagnticas

7/30/2019 Usmp atom c-2

9/35

04/01/2013 9

Ondas electromagnticas

Son vibraciones que se propaganrepetidamente en un medio,transportando energa.Dichas ondas consisten en campos elctricos y

magnticos (perpendiculares entre s) decarcter oscilante, que interactan con

sistemas biolgicos.La luz se propaga a velocidad constantede:

c = = 3x108 m/s

Cada vez que pasa a otro orbital atmicose intercambia un cuanto de energa. Laenerga viene dado por:

E fotn = h

7/30/2019 Usmp atom c-2

10/35

04/01/2013 10

Clasificacin de las ondas electromagnticasSegn su frecuencia y energa, las ondas electromagnticas se clasifican

en:

Radiaciones ionizantesSon de alta frecuencia (sobre los 2400 millones de MHz),que tienen la suficiente energa como para producir

ionizacin (creacin de partes elctricamente cargadas,una positiva y una negativa), rompiendo los enlacesatmicos que mantienen a las molculas unidas en lasclulas.Radiaciones no ionizantes

Son de menor frecuencia que las ionizantes, y no tienen lasuficiente energa para romper los enlaces atmicos.Esta son: la radiacin ultravioleta, el visible, la radiacininfrarroja, la radiofrecuencia y los campos de microondas,campos de ELF (extremely Low Frequency), camposelctricos y magnticos estticos.

7/30/2019 Usmp atom c-2

11/35

04/01/2013 11

Espectro electromagntico

7/30/2019 Usmp atom c-2

12/35

04/01/2013 12

Formas de radiaciones electromagnticas:Rayos gamma

Rayos XLuz visibleRayos UV (UVA y UVB)

7/30/2019 Usmp atom c-2

13/35

04/01/2013 13

Estructura electrnica

Nube electrnica o zona cortical.Es la regin del espacio en la cual seencuentra a los electrones, ubicadosespecficamente en las regiones de

mxima probabilidad denominadasREEMPES.

La nube electrnica est formada por:

Niveles de energaSubniveles de energa

Orbitales atmicos o REEMPESElectrones

7/30/2019 Usmp atom c-2

14/35

04/01/2013 14

Nmeros cunticos

Son valores que sirven para describir a un orbital oidentificar a un electrn.

Un orbital es la regin donde es mxima la probabilidad deencontrar un electrn.

Como mximo un orbital puede contener dos electrones y stosdeben tener como caracterstica de spin (girar sobre su propio

eje) opuesto.

7/30/2019 Usmp atom c-2

15/35

04/01/2013 15

1. Nmero cuntico principal, n

Describe la energa del electrn de lasrbitas y el tamao del orbital.

Los e- giran sin ganar ni perder energa.

Existe dos formas de representar los nivelesde energa (n):

n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Notacin cuntica.K, L, M, N, O, P, Q Notacin espectroscpica.

Cuando mayor es el valor de n mayor es la energa total del e-, y mslejos del ncleo se encuentra, mayor es el tamao del orbital.

7/30/2019 Usmp atom c-2

16/35

04/01/2013 16

2. Nmero cuntico secundario o azimutal, l

Indica la forma especfica del orbital.En un nivel n hay n valores de l.

Sommerfeld planteo la existencia de subniveles de energa osubcapas.

Existen dos formas de representar a los subniveles:

Representacin cuntica de l: 0 1 2 3 4

Representacin espectroscpica del: s p d f g

7/30/2019 Usmp atom c-2

17/35

04/01/2013 17

3. Nmero cuntico magntico, m

Indica la orientacin de un orbital nl en el espacio.Los valores de m van desdelhasta +l, pasando por el cero:

m = -l, (-l+1), (-l+2), 0,1,2,3,+l

4. Nmero cuntico de espn, s

Indica el sentido de giro de un electrn sobre supropio eje en un orbital.Especficamente determina el momento angulardel giro del electrn:

Giro horario con valor -1/2Giro antihorario con valor +1/2

Una completa descripcin de un electrn en un tomo requiere unaserie de los cuatro nmeros cunticos: n, l, m y s.

7/30/2019 Usmp atom c-2

18/35

04/01/2013 18

Cada electrn tiene sus cuatro nmeros cunticos que loidentifican

Nmerocuntico

Smbolo Representacin Valor

Principal n Nivel de energa K, L, M, N, O, P, Q1. 2, 3, 4, 5, 6, 7

Secundario m1 o l Subnivel s p d f0 1 2 3

Magntico m o mm Orbital

Spin s o ms Spin + 1/2

Antiespin - 1/2

7/30/2019 Usmp atom c-2

19/35

04/01/2013 19

Configuracin o distribucin electrnica

Consiste en distribuir los e- en torno al ncleo en diferentesestados energticos (niveles, subniveles y orbitales).

Distribucin por subnivelesSe efecta segn el Principio del Aufbau

(trmino alemn que significa construir),que establece lo siguiente:

Los electrones se distribuyen en ordencreciente de la energa relativa de los

subniveles.

Electrn diferenciador

Es el ltimo electrn colocado segn el Principio del Aufbau. La distribucin seencuentra estrechamente relacionada con la posicin en la tabla.

7/30/2019 Usmp atom c-2

20/35

04/01/2013 20

Regla de Mller o regla del serrucho

Niveles 1 2 3 4 5 6 7

Subniveles

s2 s2 s2 s2 s2 s2 s2

p6 p6 p6 p6 p6 p6

d10 d10 d10 d10

f14 f14

Nmero de subniveles 1 2 3 4 4 3 2Nmero de orbitales 1 4 9 16 16 9 4

Es una forma prctica para realizar la distribucinelectrnica por subniveles segn el principio Aufbau.

Nmero de electrones 2 8 18 32 32 18 8

7/30/2019 Usmp atom c-2

21/35

04/01/2013 21

Distribucin por orbitales

Se efecta mediante el principio de mxima multiplicidad o de reglade Hund, que establece lo siguiente:

Ningn orbital de un mismo subnivel (de igual energa relativa)puede contener dos e- antes que los dems contengan por lo menos

uno.Primero se debe dejar todos los orbitales a medio llenar y luegoempezar el llenado con espines opuestos.

7/30/2019 Usmp atom c-2

22/35

04/01/2013 22

Principio de exclusin de Pauli

Se fundamenta en el hecho de que 2 e- que estn en el mismoorbital y posee el mismo sentido del spin presentan repulsionesmuy fuertes entre s debido a sus campos magnticos iguales.

Electrones que presentan espines paralelos en un mismo orbitalno pueden coexistir, porque los polos iguales se repelen orechazan.

7/30/2019 Usmp atom c-2

23/35

04/01/2013 23

Las radiaciones y la salud

Las ondas de alta frecuencia sonperjudiciales para la salud, ya que son mspenetrantes y pueden modificar nuestrasmolculas.

Las ondas de radio cortaEs un tipo de corriente alterna de alta frecuenciacaracterizada por tener una longitud de onda comprendida

entre 1 y 30 metros (10-300 MHz). Son ondas todas de igualamplitud, que se suceden de manera ininterrumpida.Los efecto de la onda corta son el aumento de la circulacin(hiperemia), aumento leucocitario pasajero, accinanalgsica y antiinflamatoria.

7/30/2019 Usmp atom c-2

24/35

04/01/2013 24

Rayos gammaFormada por fotones, producida generalmente

por elementos radioactivos.Es un tipo de radiacin ionizante, capaz depenetrar en la materia ms profundamente quela radiacin alfa o beta. Dada su alta energapueden causar grave dao al ncleo de las

clulas, por lo que son usados para esterilizarequipos mdicos y alimentos.

Rayos XEs una radiacin electromagntica, invisible, que

atraviesa cuerpos opacos e imprime pelculasfotogrficas.Atraviesan la piel y los msculos y permiten verlos huesos.Su longitud de onda es de 0,1-10 nm.

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_alfahttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_betahttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_betahttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_alfa

7/30/2019 Usmp atom c-2

25/35

04/01/2013 25

Rayos ultravioletaHay tres tipos de rayos UV: UVA, UVB y UVC.Rayos ultravioleta de longitud de ondalarga (UVA)(320-400 nm)Son los responsables de la pigmentacininmediata de la piel y del bronceado de retardo.Penetran lentamente en las capas ms profundas

de la piel, y causan:Cambios en la vasculatura sangunea.ManchasEnvejecimiento cutneo (al destruir el colgeno

que aporta elasticidad a la piel)

Lesiones precancerosas (queratosis actnicas),aunque se han considerado a menudoinofensivos.

http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://carmenmiru.iespana.es/imagenes/rayos%2520uva.jpg&imgrefurl=http://carmenmiru.iespana.es/instalaciones.html&usg=__a8H2xH67jZILH5V5lsO_pSHcEVU=&h=600&w=466&sz=38&hl=es&start=1&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=9EP-Wkgw78ys5M:&tbnh=135&tbnw=105&prev=/images%3Fq%3Drayos%2BUVA%26um%3D1%26hl%3Des%26tbs%3Disch:1&ei=9ZdaTbWlKouXtwfDj82GCw

7/30/2019 Usmp atom c-2

26/35

04/01/2013 26

Rayos ultravioleta de longitudde onda media (UVB)(280-320 nm)

Estos rayos son parcialmenteabsorbidos por el ozono, poseenmayor energa, pero penetra pocoen la piel. Sus efectos sonacumulativos (a largo plazo) y son

responsables de:QuemadurasIncremento del grosor de la pielCncer de piel.Desencadenar lupus eritematoso

sistmico.

7/30/2019 Usmp atom c-2

27/35

04/01/2013 27

Los ultravioletas cortos (UVC)(180-283 nm)Son los ms agresivos, pero nollegan a traspasar la capa deozono de la estratsfera, ya queson absorbidos por la atmsfera y

retenidos all.

http://1.bp.blogspot.com/_zjEni4WS4HU/SeWJQzj6rZI/AAAAAAAAB_s/h5c2oNlVfig/s400/radiaciones%5B1%5D.jpg

7/30/2019 Usmp atom c-2

28/35

04/01/2013 28

Niveles umbrales de dosis para efectos determinsticos en adultos

Tejidoexpuesto

Efecto determinstico Umbral para

Dosis aguda (Gy) Exposicincrnica (Gy)

Cuerpo entero Nusea, anorexiaMuerte temprana

0,51,5

Feto Teratognesis 0,1 absorbida enel feto

Pulmones Neumonitis

Muerte temprana

3-5

6

Testculos Esterilidad temporalEsterilidad

permanente

0,153,5

> 0,4

Ovarios Esterilidad temporal

Esterilidadpermanente

0,65

2,5-6

> 0,2

Mdula sea Depresin de lahematopoyesis

Muerte temprana

0,51,5

> 0,4

Piel EritemaNecrosis 350

7/30/2019 Usmp atom c-2

29/35

04/01/2013 29

Elemento # protones

# 1p+

# electrones

# e-

# neutrones

A-Z = # 1n31Ga

70 31 31 70-31 = 39

Elemento # protones

# 1p+

# electrones

# e-

# neutrones

A-Z = # 1n3Li

7 7-3= 4

19K39

Dinmica de Pequeo Grupo DPG

7/30/2019 Usmp atom c-2

30/35

04/01/2013 30

Realizar la configuracin electrnica del manganeso (z=25) eindicar el nmero de electrones en subniveles principales,electrones en el ltimo nivel y electrones en el penltimo nivel:

1 2 3 4 ltimo nivel

s2 s2 s2 s2

p6 p6

d5

Posee 2 e- en el ltimo nivel

Posee 12 e- en el subnivel p

Posee 13 e- en el penltimo nivel (n=3)

Luego en forma lineal ser: 25Mn = 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d5

7/30/2019 Usmp atom c-2

31/35

04/01/2013 31

Realizar la distribucin electrnica por orbitales para el tomo de flor(z=9); y comprobar el principio de exclusin de Pauli:

Primero realizamos la distribucin por subniveles aplicando la regla desarrus y luego para cada subnivel aplicamos la regla de Hund:

9F = 1s2 2s2 2p5

9F =

1s 2s 2px 2py 2pz

7/30/2019 Usmp atom c-2

32/35

04/01/2013 32

La piel humana, puede ser daada por dos tipos de radiacin UV: UVAcon un rango de 320-400 nm y la del UVB con un rango de 280-320 nm.Adems se conoce que la energa necesaria para desnaturalizar(romper) a la estructura molecular de la piel durante una exposicin a laradiacin UV es de 4,15 x 10-12 J. Se desea:(a) Determinar cul de los dos tipos de radiacin ultravioleta es la msdaina y ser causante de cncer de piel:

7/30/2019 Usmp atom c-2

33/35

04/01/2013 33

Un Joven de 26 aos de edad y con una masa corporal de 70 kg, recurreal Centro de Estudio por Imgenes de la USMP, por unos dolores a niveldel trax. El paciente es sometida por espacio de 10 segundos a unanlisis tomogrfico axial computarizado, cuyo tubo de rayos X emite670 nm, para poder tener una imagen ntida de los pulmones; despusde ello, la paciente esta preocupado por el potencial dao que podrahaber sufrido sus pulmones. En tal sentido, el Mdico procede hacer losclculos respectivo de la frecuencia, energa y de la dosis absorbida por

el pulmn que tiene una masa de 1 200 gramos cada uno.(1) Determinar la frecuencia emitida por el rayo X (v):(2) Determinar la energa en Gy del fotn emitido por un tomo excitadodel rayo X:(3) Determinar la dosis absorbida. De acuerdo a su resultado comente, sila paciente puede sufrir neumonitis o muerte temprana

7/30/2019 Usmp atom c-2

34/35

04/01/2013 34

Una Seorita de 17 aos, se ha sometido a un bronceado artificial en elCentro de Esttica La Bella. Al da siguiente, observa que tiene

quemaduras cutneas, por lo que decide demandar a dicho centro, cuyofundamento jurdico, es una elevada frecuencia de radiacin. Larepresentante de la esttica, argumenta que no es posible ya que ellossolo cuentan con lmparas de ultravioleta. Despus, de un peritaje de losequipos resulto que la frecuencia de la radiacin utilizada ese da fue de1 x1012 Hz. Se desea:

(a) Conocer el tipo de radiacin que recibi la paciente, para subronceado:(b) Si la radiacin emitida corresponde a 4 fotones. A que cantidad deenerga fue sometida en Joules y en caloras?

7/30/2019 Usmp atom c-2

35/35

04/01/2013 35

GRACIAS