Estructura del átomo

El átomo y la radiación electromagnética

Partículas subatómicas fundamentales

El número de protones, neutrones y electrones en un átomo se pueden determinar a partir de un conjunto de reglas simples.

• El número de protones en el núcleo del átomo es igual al número atómico (Z).
• El número de electrones en un átomo neutro es igual al número de protones.
• El número de masa del átomo (M) es igual a la suma del número de protones y neutrones en el núcleo.
• El número de neutrones es igual a la diferencia entre el número de masa del átomo (M) y el número atómico (Z).

Ejemplos: Sea «s determinar la cantidad de protones, neutrones y electrones en los siguientes isótopos.

Los diferentes isótopos de un elemento son identificadas escribiendo el número de masa del átomo en la esquina superior izquierda del símbolo del elemento. 12C, 13C y 14Care isótopos de carbono (Z = 6) y por lo tanto contienen seis protones. Si los átomos son neutros, también deben contener seis electrones. La única diferencia entre estos isótopos es el número de neutrones en el núcleo.

12C: 6 electrones, 6 protones y 6 neutrones

13C: 6 electrones, 6 protones y 7 neutrones

14C: 6 electrones, 6 protones y 8 neut rons

Radiación electromagnética

Mucho de lo que se conoce sobre la estructura de los electrones en un átomo se ha obtenido mediante el estudio de la interacción entre la materia y diferentes formas de radiación electromagnética. Radiación electromagnética tiene algunas de las propiedades tanto de una partícula como de una onda.

Las partículas tienen una masa definida y ocupan espacio. Las ondas no tienen masa y, sin embargo, transportan energía a medida que viajan por el espacio. Además de su capacidad para transportar energía, las ondas tienen otras cuatro propiedades características: velocidad, frecuencia, longitud de onda y amplitud. La frecuencia (v) es el número de ondas (o ciclos) por unidad de tiempo. La frecuencia de onda se informa en unidades de ciclos por segundo (s-1) o hercios (Hz).

El dibujo idealizado de una onda en la figura siguiente ilustra las definiciones de amplitud y longitud de onda. La longitud de onda (l) es la distancia más pequeña entre los puntos repetidos de la onda. La amplitud de la onda es la distancia entre el punto más alto (o más bajo) de la onda y el centro de gravedad de la onda.

Si medimos la frecuencia (v) de una onda en ciclos por segundo y la longitud de onda (l) en metros, la producto de estos dos números tiene las unidades de metros por segundo. El producto de la frecuencia (v) por la longitud de onda (l) de una onda es, por tanto, la velocidad (es) a la que la onda viaja a través del espacio.

vl = s

Luz y otras formas de radiación electromagnética

La luz es una onda tanto eléctrica como componentes magnéticos. Por tanto, es una forma de radiación electromagnética.

La luz visible contiene la banda estrecha de frecuencias y longitudes de onda en la parte del espectro electromagnético que nuestros ojos pueden detectar. Incluye radiación con longitudes de onda entre aproximadamente 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo). Como está pendiente, la luz se dobla cuando entra en un prisma de vidrio. Cuando la luz blanca se enfoca en un prisma, los rayos de luz de diferentes longitudes de onda se desvían en diferentes cantidades y la luz se transforma en un espectro de colores. Comenzando desde el lado del espectro donde la luz se dobla por el ángulo más pequeño, los colores son rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

Como podemos ver en el siguiente diagrama, la energía transportada por la luz aumenta a medida que pasamos del rojo al azul a través del espectro visible.

Debido a que la longitud de onda de la radiación electromagnética puede ser tan larga como 40 mo tan corta como 10-5 nm, el espectro visible es sólo una pequeña parte del rango total de radiación electromagnética.

El espectro electromagnético incluye ondas de radio y TV, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X, g- rayos y rayos cósmicos, como se muestra en la figura anterior. Estas diferentes formas de radiación viajan todas a la velocidad de la luz (c). Sin embargo, difieren en sus frecuencias y longitudes de onda. El producto de la frecuencia multiplicada por la longitud de onda de la radiación electromagnética es siempre igual a la velocidad de la luz.

vl = c

Como resultado, la radiación electromagnética que tiene una longitud de onda larga tiene una frecuencia baja, y la radiación de alta frecuencia tiene una longitud de onda corta.