El documento resume los principales descubrimientos relacionados con la estructura de la materia, incluyendo la radiactividad, las partículas radiactivas como el alfa y beta, y los experimentos clave de Becquerel, los Curie, Thomson, Rutherford y otros que llevaron al desarrollo de los modelos atómicos modernos. Explica conceptos como la radiactividad natural y artificial, la fisión y fusión nuclear, y las series espectroscópicas de emisión y absorción que revelan la estructura atómica.

1. Estructura de la Materia

2. Una pregunta de siglos...

3. Radiactividad
• La radiactividad es la emisión
espontánea de partículas o
radiaciones por ciertos elementos
de núcleos inestables, los cuales se
desintegran gradualmente.
• Este fenómeno fue descubierto
casualmente por H. Becquerel en
1896 al observar como una sal de
uranio había impresionado una
placa fotográfica tapada y
preservada de la luz solar.
Henry Becquerel

4. • Los esposos Curie, Marie y
Pierre, dan a este fenómeno
de desintegración espontánea
el nombre de radiactividad,
descubriendo otros elementos
radiactivos: radio y polonio
(Premio Nóbel en 1903 junto
a Becquerel).
Radiactividad
Pierre y Marie Curie

5. Naturaleza de las emisiones
radiactivas

6. Principales emisiones radiactivas
Nombr
e
Símb
olo
Carg
a
Identida
d
Fuerza de
penetración
Material de
protección
Alfa 2+ He2+ Débil Papel o aluminio
0.1 mm
Beta 1– Electron
es
100 veces Aluminio 5 mm
Gamm
a
0 Energía Muy
penetrante
Plomo 30 cm de
espesor
Neutró
n
n 0 Neutrón
Positró
n
1+ Antielect
rón
100 veces
Deuter
ón
d 1+ H

7. Reacciones Nucleares
a) Radiactividad natural
b) Transmutación
c) Fisión nuclear
d) Fusión nuclear
Procesos
artificiales
¡En toda reacción nuclear se conserva la suma de los
números de masa y los números atómicos!
Una reacción nuclear es la descripción
de un esquema de desintegración

8. Radiactividad natural
• Es la desintegración espontánea de los
materiales, produciendo emisiones alfa, beta
y gamma, además de la conversión del
núcleo original (padre) en uno nuevo (hijo).
Pu He + U240
94
4
2
236
92 Ra e + Ac228
88
0
-1
228
89 Pu* + Pu240
94
0
0
240
94

9. Transmutación
• Es el bombardeo de núcleos con partículas u
otros núclidos, obteniendo nuevos núcleos.
Esta fue la primera prueba
experimental de la existencia de
los protones y la primera
transmutación artificial
Entre 1917 y 1919 Rutherford
bombardeó nitrógeno con
partículas alfa obteniendo oxígeno
Cr + Bi Bh + 2 n54 209 261 1
24 83 107 0
Cr ( Bi, 2n) Bh54 209 261
24 83 107
U + n Np + e238 1 239 0
92 0 92 -1
U (n, ) Np238 239
92 93

10. Fisión Nuclear
Es la ruptura de un isótopo pesado en núclidos más
pequeños, liberándose una gran cantidad de energía.
n + U Ba + Kr + n + E1
1 238 141 92 1
0 92 56 36 03

11. Fusión nuclear
• Es la unión de núcleos livianos
(generalmente Z =1,2,3) para
originar núcleos más pesados,
liberándose una cantidad de
energía mayor que en el caso de
la fisión.
H + H He + n + E2
2 3 4 1
1 1 2 0

12. Radiaciones electromagnéticas
(r.e.m.)
• Una rem es energía emitida por cargas
eléctricas aceleradas, en muchos casos por
electrones en el interior de los átomos.
Esta energía, generada en un punto, se
propaga por todo el espacio circundante y
se manifiesta como un fenómeno
ondulatorio.
• Una rem está constituida por campos
eléctricos y magnéticos, perpendiculares
entre sí, que se auto sostienen y
regeneran en el tiempo.
• Su velocidad de propagación en el vacío =
c = 3·108 m/s
• En todo instante la magnitud del campo
eléctrico E y la del campo magnético B
están relacionados por E = cB

13. Características
de una onda
transversal
• Longitud de onda (λ) = distancia entre dos puntos consecutivos de la onda
en los cuales la perturbación física tiene exactamente las mismas
características (Å, nm, cm, m, etc.)
• Frecuencia de oscilación ( ) = indica el número de veces que la
perturbación se repite idénticamente en la unidad de tiempo (ciclos por
segundo = ciclos/s = s-1 = Hertz = Hz)
• Periodo (τ) = es el tiempo que debe transcurrir para que en un mismo lugar
del espacio la perturbación se repita idénticamente. Es el recíproco de la
frecuencia (segundos = s)
• Amplitud (A) = es el máximo desplazamiento que adopta la onda respecto a
una posición de equilibrio.
• Rapidez de propagación = λ/τ
• Número de onda = recíproco de la longitud de onda = ¯ = 1/λv
c = λ

14. El espectro electromagnético
Es el conjunto
ordenado de
rem`s que se
conocen hasta
la actualidad y
que se
clasifican
según los
efectos que
ocasionan.

15. El espectro de luz visible
• Formado por aquellas radiaciones captadas
por la retina del ojo humano.

16. Naturaleza de la luz
Los fenómenos de difracción e interferencia observados
en la luz permitió establecer la naturaleza ondulatoria de
la luz, mientras que la distribución de energías emitidas
por los cuerpos incandescentes solo fue posible explicarla
asumiendo la naturaleza corpuscular de la luz.
Una gran parte de las teorías que hemos desarrollado para lograr
intentar entender el comportamiento del universo se sostienen en el
entendimiento que hemos alcanzado sobre la naturaleza de la luz.
La luz es energía radiante producida por cuerpos condensados
incandescentes y gases excitados.
–Teoría ondulatoria  Young (1802)
–Teoría corpuscular  Planck (1900)
En la actualidad se aceptan simultáneamente dos teorías acerca de
su naturaleza (naturaleza dual de la luz):

17. La luz
• Planck sostuvo que la energía no se irradia continuamente
sino que se emite en forma de pequeñísimo paquetes de
energía (cuantos de energía) separados e indivisibles,
cuya magnitud depende de la longitud de onda o frecuencia
de la radiación electromagnética involucrada. La energía
está cuantizada, es decir, es un múltiplo entero de una
cantidad mínima igual a
E = h = hc/
h = constante de Planck = 6,62·10-34 J·s
Ecuación de Planck

18. Espectroscopia
• Es el estudio de la naturaleza de las
sustancias mediante la descomposición de la
luz o energía que ellos emiten o absorben.

19. Espectros de
Emisión y
Absorción
H

20. Espectros de emisión y
absorción de los elementos

21. Relaciones
Espectroscópicas
• En 1885, J. Balmer encontró una
relación matemática entre las
longitudes de onda de las 4 líneas
observadas en el espectro de
emisión del hidrógeno.
= RH ( )
22
1
ni
2
–
11
RH = 109678 cm-1

22. Series Espectroscópicas
• Posteriores observaciones hicieron notar otros conjuntos de
líneas en otras zonas del espectro electromagnético.
La serie de
Balmer
termina en
N = 2
La serie
de Lyman
termina en
N = 1
(nm)

23. Series Espectroscópicas
SERIE nf ni
REGION DEL
ESPECTRO
Lyman 1 2,3,4,............. Ultravioleta
Balmer 2 3,4,5,…...….. Visible
Paschen 3 4,5,6, ……… Infrarrojo
Brackett 4 5,6,7,………. Infrarrojo
Pfund 5 6,7,8,………. Infrarrojo
En 1890 J. Robert Rydberg, trabajando sobre los
espectros de otros elementos, encontró una generalización
muy importante. Rydberg trabajó no con la longitud de
onda como lo había hecho Balmer sino con el número de
onda y dedujo la siguiente ecuación para el espectro del
hidrógeno:
RH = 109678 cm-1 = 2,18 · 10-18 J

24. Rayos catódicos
• 1875: William Crookes, descubre los
rayos catódicos, los cuales viajan en línea
recta, son invisibles, producen sombras,
mueven pequeños mecanismos y su
desviación indicaba que el rayo era
negativo.

25. Rayos canales
• 1886: Eugen Goldstein (1850-
1930) en un tubo de Crookes
descubre una luminosidad detrás
del cátodo. Perforó el tubo, aplicó
el potencial y probó la existencia
de rayos positivos o canales que
viajaban en sentido opuesto a los
catódicos. La desviación de estos
rayos era menor, por lo que la
masa de estas partículas debía ser
mayor.

26. Modelo Atómico de
Thomson (1898)
• 1898: J.J. Thomson, a partir de las experiencias de los
rayos catódicos y canales, deduce que los rayos
catódicos eran una corriente de partículas con carga
negativa, trayendo como consecuencia el descubrimiento
del electrón.
• Thomson también descubrió que los rayos canales eran
partículas de carga positiva, y cuya masa era 1837 veces
la del electrón.
• Thomson había descubierto que el átomo contenía
partículas positivas y negativas. No era indivisible.

27. Modelo Atómico de Thomson
• Los electrones eran partículas con carga negativa incrustadas en
una esfera sólida de carga positiva. Como el átomo era neutro, la
esfera tenía una carga positiva igual en número a los electrones.
Un átomo se convierte en ion cuando gana o pierde electrones.
• Thomson determinó la relación carga/masa (e/m) del electrón

28. El experimento de Rutherford
• En 1907, repite el experimento de los rayos canales, a
los cuales el llamó rayos positivos, encontrando que su
masa dependía del tipo de gas usado. La del H era la
menor. ¿sería la carga positiva de menor valor?
• Posteriormente bombardeando delgadas láminas de
metal con partículas alfa observó que éstas las
traspasaban, se desviaban e incluso rebotaban.

29. Modelo atómico de
Rutherford (1911)
• Rutherford sostuvo que “el átomo
consta de un núcleo central de
carga positiva, donde está
concentrada la mayor parte de la
masa de éste”. Los electrones
estarían moviéndose en la
vecindad del núcleo,
contrarrestando con este
movimiento la fuerza de atracción
por parte de la carga positiva del
núcleo.
Material
Radiactivo
Rayos α
Lámina de Au
(2000 átomos de
espesor)
9000 α10000 α
999 α
1 α
¡El átomo era
estructuralmente
vacío!

30. Inconsistencias del modelo de
Rutherford
• De acuerdo a la física clásica (exactamente la electrodinámica
o estudio de cargas en movimiento) toda partícula cargada que
se encuentra en movimiento (tal como los electrones de este
modelo) emite energía continuamente lo que debería reflejarse
en la presencia de espectros continuos, lo que se opondría a
lo observado realmente, es decir espectros discontinuos. Es
más, el electrón al perder energía iría acercándose al núcleo
describiendo una trayectoria espiral, hasta colapsar. Si el
átomo colapsa, nada podría existir.