Teoria Cuantica

Base experimental de la teoría cuántica y estructura atómica

La teoría cuántica, es una teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones 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 contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

Los números cuánticos son el resultado de la ecuación de Schrodinger, y la tabulación de ellos nos indica la zona atómica donde es probable encontrar un electrón.

Los literales que representan a los números cuánticos son: n, l, m y s; aportados teórica y experimentalmente por Bohr, Somerfeld, Zeeman, y Stern-Gerlach, respectivamente.

Numero cuántico principal (n).

Designa el nivel energético principal en el cual se localiza un electrón dado; este número también expresa la energía de los niveles dentro del átomo.

Numero cuántico secundario (l).

Determina la energía asociada con el movimiento del electrón alrededor del núcleo. Por lo tanto, el valor de (l) indica el tipo de subnivel en el cual se localiza un electrón y se relaciona con la forma de la nube electrónica.

Numero cuántico magnético (m).

Representa la orientación espacial de los orbitales contenidos en los subniveles energéticos, cuando estos están sometidos a un campo magnético.

Numero cuántico spin (s).

Expresa el campo eléctrico generado por el electrón al girar sobre su propio eje, que solo puede tener dos direcciones.

Teoría atómica

El átomo es la partícula más pequeña de un elemento y retiene la composición y propiedades del mismo.

En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.

El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.

La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

Bohr sugirió que los electrones deben hallarse en órbitas de cierto tamaño, moviéndose a cierta velocidad. Entonces, los electrones deben tener cierta energía. Si el electrón absorbe energía, se moverá en un orbital de mayor energía y más alejada del núcleo. Si pierde energía, el electrón se moverá en otra órbita más cercana al núcleo.

1.5 Desarrollo de la tabla periódica

Los seres humanos siempre hemos estado tentados a encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. Al principio se pensaba que los elementos de toda materia se resumían al agua, tierra, fuego y aire. Sin embargo al cabo del tiempo y gracias a la mejora de las técnicas de experimentación física y química, nos dimos cuenta de que la materia es en realidad más compleja de lo que parece. Los químicos del siglo XIX encontraron entonces la necesidad de ordenar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la más natural, fue la de clasificarlos por masas atómicas, pero esta clasificación no reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos. Muchas más clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tabla periódica que es utilizada en nuestros días.

La periodicidad en las propiedades de los elementos es el resultado de la variación sistemática la configuración electrónica de los átomos. Al examinar el primer desarrollo de teoría de Bohr veremos los antecedentes de nuestra visión moderna de la estructura atómica. Examinaremos también como los resultados de la descripción de la mecánica ondulatoria suministran la base para el tratamiento posterior del enlace y de la espectroscopia.

Aunque el ordenamiento de los elementos de la tabla periódica hoy puede comprenderse con base en la estructura atómica, esta tabla fue desarrollada originalmente a partir de múltiples observaciones experimentales sobre las propiedades físicas y químicas de los elementos y es el resultado de las ideas de diversos químicos de los siglos XVIII y XIX.

En 1869 en la Universidad de Petersburgo, en Rusia Dimitri Ivanovitch Mendeleev reflexionaba sobre las propiedades de los elementos, mientras se escribía un libro de texto de química. Al estudiar las propiedades químicas y físicas de los elementos, se dio cuenta de que al acomodar los elementos por orden creciente según su masa atómica, aparentemente los elementos con propiedades similares seguían un patrón regular. Es decir, observo una periodicidad o repetición periódica de las propiedades de los elementos. Mendeleev organizo los elementos conocidos en la tabla ordenándolos en una fila horizontal de menor a mayor masa cada vez que encontraba un elemento con propiedades similares a las de otro de esa fila, iniciaba una nueva fila. Por ejemplo, los elementos Li, Be, B, C, O, F ocupan una fila. Al llegar al Na, observo que sus propiedades eran muy semejantes a las de Li, de modo que inicio otra fila. De este modo, las columnas mantenían elementos como Li, Na y K, con propiedades similares.

La característica más importante de la tabla de Mendeleev (señal de su ingenio y osadía) fue que dejo un espacio vacío en una columna cuando aun no se conocía el elemento, pero el suponía que debía existir y que tendría propiedades similares a las del elementó que estaba por encima de el en su tabla. Dedujo que de estos espacios se llenarían con elementos aun no descubiertos. Por ejemplo, dejo un espacio entre Si (silicio) y Sn (estaño) en lo que es ahora el grupo 4ª. Basándose en la progresión de las propiedades de este grupo, Mendeleev predijo las propiedades del elemento

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