Informe modelo mecano cuantico.

Informe modelo Mecano-cuántico

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Integrantes: Constanza Hernández Pacheco – Valentina Leal Céspedes

Curso: 3ªB

Asignatura: PSU (Química)

Profesor: David Delgado

Fecha de entrega: jueves 18 de agosto, 2016.

1. INTRODUCCIÓN

Desde la antigüedad, el ser humano ha querido saber cuál es el componente fundamental de las cosas que nos rodean, es decir, de que está formada la materia. Con esto, en el año 400 a.c aproximadamente, Demócrito; un filósofo griego, consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas, y a éstas las denominó “átomos”, que en griego quiere decir indivisible, y les atribuyó a éstas las cualidades de ser eternas, inmutables e indivisibles.

 Sin embargo, las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de la época, y fueron tomadas en consideración 2200 años más tarde en el 1800.

Durante el siglo XIX, los primeros intentos de los físicos por entender el comportamiento de los átomos y de las moléculas no fueron del todo exitosos. Estos lograron suponer que las moléculas se comportaban como una especie de “pelotas que rebotan”, teniendo la capacidad de predecir y explicar algunos fenómenos macroscópicos, como por ejemplo la presión que ejerce un gas. Sin embargo, éste modelo no fue capaz de informar completamente sobre la estabilidad de las moléculas, y con ello no podía exponer que fuerzas mantenían unidos a los átomos.

Con ello, tuvieron que pasar muchos años para que se descubriera, y aún más para que se reconocieran, que las propiedades de los átomos y de las moléculas no son regidas por las mismas leyes físicas que rigen los objetos de mayor tamaño. Para aquello, debieron realizarse una serie de experimentos por parte de numerosos científicos, lo cual fue la clave para el desarrollo del modelo mecano-cuántico, el cual actualmente es el que explica el comportamiento del átomo, y basa sus conjeturas en la teoría cuántica desarrollada entre los años 1924 y 1927, sobre las bases de la teoría del físico alemán Max Planck y sobre el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927.

A lo largo del siguiente informe, se presentarán los antecedentes transcurridos durante los siglos XIX y XX, el desarrollo de experimentos y teorías relacionadas con el tema, y los personajes destacados en conjunto de sus aportes, que fueron cruciales para que surgiera el modelo mecano-cuántico.

1. DESARROLLO

II.1. Antecedentes

II.1.1. Siglo XIX:

Antes del siglo XIX, los físicos estudiaban las propiedades de la materia macroscópica, a gran escala, por lo que la base de todos estos estudios estaba dirigida en base a la mecánica Newtoniana. Sin embargo, no fue hasta fines del siglo XIX y principios del siglo XX, en donde la realización de algunos experimentos dejó en duda si la teoría newtoniana estaba completa.

II.1.1.1. Desarrollo de experimentos y teorías:

Dentro del siglo XIX, podemos encontrar los siguientes experimentos, que fueron claves para el planteamiento de la teoría cuántica, y el posterior modelo mecano-cuántico.

• La pila voltaica de Alessandro Volta: 

Tras el descubrimiento en 1780 por parte de Luigi Galvani, sobre  que el contacto de dos metales diferentes con el músculo de una rana originaba la aparición de corriente eléctrica, a lo que se refirió como “electricidad animal”. Pero en 1794, a Volta le interesó la idea y comenzó a experimentar únicamente con metales, y llegó a la conclusión de que el tejido muscular animal no era necesario para producir corriente eléctrica. En 1800, Volta demostró esto a través de la creación de la pila voltaica o batería, que refutaba la teoría de Galvani sobre la electricidad animal.

• Experimento de la doble rendija:

 En 1801, Thomas Young demostró la naturaleza ondulatoria de la luz al probar que, en condiciones apropiadas, los haces de luz pueden interferir, es decir se pueden combinar y cancelar entre sí debido a la interferencia destructiva. Los resultados del experimento de Young, fueron que al incidir la luz de las dos rendijas que utilizó en su experimento, sobre una pantalla distante, se obtiene en lugar de dos manchas nítidas, una serie de franjas en los que se observan “máximos y mínimos” dispuestos de manera regular. A este diagrama se le conoce como diagrama de interferencia, y tiene su origen en la naturaleza ondulatoria de la luz.

• Fenómeno de radiactividad:

 En 1896, Henri Becquerel estudiaba los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia, para lo cual colocaba un cristal de Pechblenda, mineral que contiene uranio, encima de una placa fotográfica envuelta en papel negro y las exponía al sol. Cuando desenvolvía la placa la encontraba velada, hecho que atribuía a la fosforescencia del cristal. Los días siguientes no hubo sol y dejó en un cajón la placa envuelta con papel negro y con la sal de Uranio encima. Cuando sacó la placa fotográfica estaba velada, y no podía deberse a la fosforescencia ya que no había sido expuesta al sol. La única explicación era que la sal de uranio emitía una radiación muy penetrante. Sin saberlo Becquerel había descubierto lo que Marie Curie llamaría más tarde radiactividad, la cual no era resultado de una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo, y característico de los núcleos de éstos últimos.

• Experimento del tubo de rayos catódicos de Joseph John Thomson:

 En 1897 Thomson realizó dos experimentos para poder llegar a esta conclusión. El primero, consistió en construir un tubo de rayos catódicos con un cilindro de metal en el extremo. Este cilindro tenía dos ranuras, que conducían a los electrómetros, lo que podía medir pequeñas cargas eléctricas. Con ello, descubrió que aplicando un campo magnético a través del tubo no había actividad registrada por los electrómetros y entonces la carga había sido doblada por el imán. Esto demostró que la carga negativa y el rayo eran inseparables y estaban entrelazados.

Desarrolló la segunda etapa del experimento para demostrar que los rayos llevaban una carga negativa. Para probar su hipótesis, intentó desviarlos con un campo eléctrico. Si bien los experimentos anteriores no habían podido probar esto, Thomson creyó que el vacío en el tubo no era lo suficientemente bueno y encontró otras formas de mejorar bastante la calidad. Para esto, construyó un tubo de rayos catódicos ligeramente diferente, con un revestimiento fluorescente en un extremo y un vacío casi perfecto. A mitad del tubo había dos placas eléctricas produciendo un ánodo positivo y un cátodo negativo, que él esperaba que desviaran los rayos. Como pensaba, efectivamente los rayos fueron desviados por la carga eléctrica, una prueba inequívoca de que los rayos se componen de partículas cargadas que llevan una carga negativa. Este resultado fue un gran descubrimiento en sí mismo, pero Thomson quería entender más acerca de la naturaleza de estas partículas.

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