Mecanica Cuantica Entre Otros

OBJETIVO:

En esta unidad el alumno relacionara y utilizara las bases de la química moderna en su aplicación para el conocimiento de la estructura atómica: Orbitales Atómicos, Configuración Electrónica.

Conocerá los acontecimientos históricos más relevantes de la teoría cuántica.

Representara la configuración electrónica de los átomos utilizando los números cuánticos.

INTRODUCCIÒN

En esta apartado hablaremos de la teoría cuántica que es una teoría física basada en la unidad cuántica para describir las propiedades de las partículas subatómicas y la relación entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas “cuantos”. Otra idea fundamental de la teoría principio de incertidumbre, formulada por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud la posición y el momento lineal (longitud de onda) de una partícula subatómica.

Se tocará el tema del modelo atómico de Bohr en donde se decía que cada átomo tiene cierto número de electrones y que de estos se puede crear su estructura atómica y con esto podremos demostrar la distribución de los electrones dentro de un átomo.

También podremos conocer el postulado de Heinserberg donde conoceremos como llegó a la conclusión de que es imposible establecer con precisión tanto la posición como la energía de un electrón.

Y también conoceremos el postulado de Broglie donde demuestra que las partículas de materia podrían mostrar características de ondas.

TEORÍA EXPERIMENTAL DE LA MECÁNICA CUÁNTICA.

Esta teoría explica mucho del comportamiento de los electrones en los átomos:

Los electrones de los átomos de neón, los cuales se extienden hacia un nivel de energía más alto por medio de la electricidad, emiten luz cuando regresan hacia un nivel de energía mas bajo.

El físico austriaco Erwin Schrodinger (1887-1961) propuso una ecuación, ahora conocida como una ecuación de onda de Schrodinger, la cual habla tanto del comportamiento ondulatorio como el de la partícula del electrón, y con esto se trato diferente a las partículas subatómicas y a esto se le llama mecánica cuántica.

Al resolver la ecuación de Schrodinger da lugar a una serie definiciones matemáticas llamadas funciones de ondas las cuales describen al electrón en un átomo. Esta función de onda con una (letra minúscula griega psi). Aunque la función por si sola no tiene un significado físico directo, el cuadrado de la función, si proporciona información sobre la posición del electrón cuando este se encuentra en un estado de energía permitido.

Por lo tanto en el modelo de la mecánica cuántica hablamos de la probabilidad de que el electrón se encuentre en cierta región del espacio. Como resultado, el cuadrado de la función de onda, en un punto dado del espacio representa la probabilidad de que el electrón se encuentre en dicha posición. Por esta razón la función de onda al cuadrado se conoce como; la densidad de probabilidad o la densidad electrónica.

TEORÍA DE LA LUZ.

La estructura electrónica de los átomos provino del análisis de la luz que emiten o absorben las sustancias. Así que para comprender la estructura atómica definiremos que es la luz.

La luz que podemos apreciar con nuestros ojos, luz visible, es un ejemplo de radiación electromagnética. Debido a que ésta transporta la energía del espacio, también se le conoce como energía radiante.

Todos los tipos de radiación electromagnética se mueven a través del vacío a una velocidad de 3.00x108m/s, la velocidad de la luz. Todas tienen características ondulatorias parecidas a alas ondas que se mueven en el agua. La sección transversal de una onda de agua muestra que es periódica, lo que significa que las crestas y valles se repiten a intervalos regulares. La distancia entre dos crestas o valles se conoce como longitud de onda. El número de longitudes de onda completas o ciclos, que pasan por un punto dado cada segundo es la frecuencia de la onda.

En esta figura podemos observar una onda y sus componentes

EL CUERPO NEGRO, EFECTO FOTOELÉCTRICO Y TEORÍA DE PLANCK.

Aunque en el modelo ondulatorio de la luz explica aspectos de comportamiento. Pero en particular hablaremos de algunos de ellos para comprender cómo interactúa la radiación electromagnética con los átomos.

• La emisión de la luz que provienen de objetos calientes (radiación de cuerpo negro).

• La emisión de electrones proveniente de superficies metálicas en las que incide la luz (efecto fotoeléctrico).

• Teoría de Planck.

La distribución de la longitud de onda de la radiación depende de la temperatura; un objeto caliente que se torna rojo se encuentra menos caliente que uno que se torna blanco. Varios físicos estudiaron este fenómeno tratando de entender la relación entre la temperatura, la intensidad y las longitudes de onda de las radiaciones emitidas.

En 1900 un físico alemán llamado Max Planck (1858-1947), asumió que los átomos solo podían emitir o absorber energía en “paquetes” discretos de cierto tamaño mínimo. Plack dio el nombre de cuanto

(cantidad fija) a la cantidad mas pequeña de energía que puede emitirse o absorberse como radiación electromagnética. Propuso que la energía, E, de un solo cuanto es igual a una constante por la frecuencia de la radiación.

E=hv

Donde h se conoce como constante de Planck y tiene un valor de 6.626X10-34 joules-segundo (J-s)

De acuerdo con la teoría de Planck la materia puede emitir o absorber energía solo en múltiplos enteros de hv, tal como hv, 2hv, 3hv, y así sucesivamente. Si decimos que la cantidad de energía emitida por un átomo es de 3hv, decimos que se emitieron 3 cuantos de energía.

Puede liberarse solo en cantidades específicas, decimos que las energías permitidas están cuantizadas, sus valores

...