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Transcripción del video

en este vídeo hablaremos de excitación de electrones podemos interpretar esto de dos formas que los electrones pueden ser emocionantes y que los podemos excitar a niveles de energía más altos y vamos a pensar en lo que sucede cuando dejan de estar excitados cuando regresan a niveles de energía más bajos y para ayudarnos a comprender esto voy a comenzar con un átomo simple el hidrógeno es el más simple que conozco y vamos a pensar en la versión del hidrógeno más común el isótopo que sólo tiene un protón en su núcleo y que normalmente tendrá un electrón si es un átomo de hidrógeno neutro normalmente estará en su estado fundamental si aún no es excitado por lo que estará en la primera etapa pero puede excitarse para llegar a otras capas podría excitarse para llegar a la segunda capa a la tercera capa oa la cuarta capa y este dibujo que estoy haciendo no es exacto lo hago solo para ayudarnos a visualizar esto sabemos que los electrones no orbitan los núcleos como lo hacen los planetas con las estrellas en lugar de eso tienen propiedades tanto de partículas como de ondas y tienen una función de densidad de probabilidad en donde podrían encontrarse estos desde energía están asociados con diferentes densidades de probabilidad de varias energías pero digamos que es así como se ve típicamente un electrón si nos referimos a un solo átomo de hidrógeno neutro en donde el electrón está en su estado fundamental ahora digamos que tenemos un átomo de hidrógeno en donde el electrón ya ha sido excitado en lugar de estar en la primera capa se encuentra ya en la segunda capa justo aquí y lo que vamos a hacer es golpearlo con un fotón para excitar lo aún más sabemos que la luz tiene propiedades tanto de onda como de partícula y cuando pensamos en la luz como una partícula nos referimos a ella como fotón que voy a representar así esta luz tiene una longitud de onda de 486 nanómetros y sabemos que ese fotón golpea al electrón con una energía de 486 nanómetros tiene suficiente energía como para excitar lo más y en este caso que pase de la segunda capa n 2 a la cuarta capa por lo que va a llegar hasta acá entonces absorber a ese fotón y luego después de un tiempo puede bajar puedo hacerlo aquí entonces después de un tiempo es el electrón de aquí es el electrón excitado puede bajar de la cuarta capa a la segunda capa y al hacerlo va a emitir un fotón de esa misma longitud de onda va a emitir un fotón de 486 nanómetros con esto comenzamos a comprender que los fotones que tienen la energía correcta pueden excitar a un electrón y subirlo a una capa o más de una capa cuando hablamos de mecánica cuántica tenemos la noción de que los fotones necesitan una cierta cantidad de energía para poder excitar al electrón al siguiente nivel de energía o al nivel de energía posterior las cosas intermedias no funcionan y lo mismo es cierto cuando los electrones emiten energía los electrones no van a pasar del cuarto nivel de energía a algún lugar entre el cuarto y el tercero no pueden hacer eso tienen estos estados cuánticos y solo pueden estar en la cuarta o en la tercera o en la segunda o la primera capa no hay nada parecido a una capa tres y medio y con base en esto podemos pensar en cuál es la diferencia de energía entre estas capas la diferencia de energía entre las capas es esencialmente la energía del fotón que se emite cuando el electrón pasa de la cuarta capa a la segunda capa para averiguar la energía de ese fotón solo tenemos que pensar en algunas fórmulas útiles en la mecánica cuántica la primera que podemos ver aquí es que la energía es igual a la constante de planck multiplicada por la frecuencia esta cosa que parece una v es en realidad la letra griega minúscula no y esto es lo que usamos normalmente para la frecuencia especialmente cuando hablamos de frecuencias de cosas como la luz y también sabemos cómo pasar de frecuencia a longitud de onda porque vemos que la velocidad de la luz es igual a la longitud de onda de esa luz multiplicada por la frecuencia de esa luz entonces como calcularemos la energía de un fotón de luz de 486 nanómetros bueno podríamos pensarlo de esta manera primero podemos calcular su frecuencia usando sé que es igual a lambda por no permíteme escribirlo entonces sabemos que la velocidad de la luz es igual a la longitud de onda de la luz picada por la frecuencia de salud y si conocemos la longitud de onda podemos calcular la frecuencia dividiendo a ambos lados entre lambda vamos a hacerlo si dividimos ambos lados entre lambda tenemos que la frecuencia de la luz será igual a la velocidad de la luz dividida entre la longitud de onda de la luz recuerda nos han dado la longitud de onda de la luz aquí 486 nanómetros luego puedes tomar esto y usarlo en la ecuación de plank aquí arriba en la que la energía es igual a la constante de planck multiplicada por la frecuencia permíteme escribir esto la energía es igual a la constante de planck multiplicada por la frecuencia y tenemos la frecuencia justo aquí entonces será igual a la constante de planck multiplicada por la velocidad de la luz dividido entre la longitud de onda de la luz que sabemos es de 486 nanómetros entonces podemos decir que la energía es igual a la constante de planck multiplicada por la velocidad de la luz dividida entre en lugar de escribir la longitud de onda como 486 nanómetros puedo escribir la como 4 86 por 10 a la menos nueve metros un nanómetro es sólo una mil millonésima parte de un metro y luego podremos sacar nuestra calculadora sabemos cuál es la constante de planck nos la dan justo aquí sabemos cuál es la velocidad de la luz aquí también y sabemos que tenemos un máximo aquí nos están dando cuatro cifras significativas en cada uno de estos y por aquí hay tres cifras significativas entonces nuestra respuesta debe tener tres cifras significativas voy a escribir la constante de planck 6.626 por 10 elevado a la menos 34 segundos y lo voy a multiplicar por la velocidad de la luz por 2.99 8 por 10 a la 8 metros por segundo lo que es igual a esto y luego voy a dividir esto entre 486 por 10 a la menos 9 lo que me dan pausa dramática me da esto y como queremos tres cifras significativas esto sería 4.09 por 10 a la menos 19 aquí nos dan la constante de planck en jules así que esto es igual a 4 09 por 10 al menos 19 jules esto nos dice que la diferencia en estos niveles de energía es esta cantidad de yours o la energía de ese fotón que tiene una longitud de onda de 486 nanómetros esa energía es 4.09 por 10 a la menos 19 jules
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