Teoría Cuántica Y Estructura Atómica

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Teoría cuántica y Estructura Atómica

Daniel López Pérez °

° Departamento de Ingeniería en Sistemas Computacionales °

Instituto Tecnológico de Morelia

Resumen— En la síntesis se hablará sobre cómo está conformado el átomo, sus partículas subatómicas, y su función dentro de la vida cotidiana; como es que se comenzó a trabajar en esta parte de la materia conocida como “indivisible”. Gracias a que Planck descubrió que la luz contiene fotones, se iniciaron investigaciones y experimentos en torno a ello, después si dio paso a la teoría del cuerpo negro y su radiación, dando paso al estudio del efecto fotoeléctrico mostrando el comportamiento de los fotones y la frecuencia de luz, gracias a esto Bohr y Sommerfeld pudieron desarrollar sus teorías cuánticas, basándose en la teoría de Planck pero con una aplicación al átomo y no a los fotones, creando así los postulados de Bohr. Después que se descubre la dualidad de la luz, puede desempeñarse De Broglie para desarrollar su tésis dando inicio a la configuración electrónica de los elementos químicos.

Palabras clave—Átomo, elementos, energía, espectro, fotón, luz, masa, partículas, radiación, teoría.

I. INTRODUCCIÓN

E

n nuestro mundo, así como en el universo, está presente la materia, a veces es difícil imaginar que todo lo que conocemos está hecho de los mismos elementos químicos que se presentan en estados diferentes, capaces de crear a una persona, a una bacteria, a un planeta; pero esta materia a su vez está formada por otras partes más pequeñas, átomos, la parte indivisible de la materia, conociendo más sobre él conoceremos mas sobre nosotros mismos, es por ello que muchas personas han dedicado sus vidas para demostrar de que estamos hecho en realidad y el por qué del que existimos, conoce el átomo y serás capaz de manipular cosas extraordinarias.

II. EL ÁTOMO Y LA CONSTITUCIÓN DE SUS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS.

La palabra átomo proviene del idioma griego que significa “indivisible”, por lo que se consideraría que el átomo es la parte más pequeña de la materia que no se puede dividir. Un átomo también es la muestra más pequeña de un elemento. Al unir dos elementos; es decir, átomos de diferente especie obtendremos un compuesto y al unir dos compuestos; es decir, átomos de más de dos especies obtendremos una mezcla. Al estar haciendo todo este tipo de reacciones químicas podemos comprobar la ley de conservación de la materia enunciada por Lavoisier: En toda versión química no hay pérdida, no hay ganancia, únicamente transformación; es decir, “La materia no se crea ni se destruye, solamente se transforma”.

A. Protón

B. El protón que en griego significa primero, es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva (1,602 × 10–19 columbios) y una masa de (1,6726 × 10–27 kg) o, del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón. Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse, es decir el que sus partículas pierdan la consistencia que poseen y como tal el átomo. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos.

Fig.1 Imagen representativa de los quarks de un protón, 2 quarks arriba, un quark abajo.

B. Neutrón

El neutrón es una partícula eléctricamente neutra y masa un poco superior a la del protón, también forma parte de los átomos de todos los elementos químicos. Forma, junto con los protones, los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con los protones, pero sin repulsión electrostática.

Fig. 2 Imagen representativa de los quarks de un neutrón, 2 quarks abajo y un quark arriba

C. Electrón

Es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones, formando orbitales atómicos dispuestos en sucesivas capas.

Los electrones tienen una masa de 9,11×10-31 kilogramos, unas 1800 veces menor que la de los neutrones y protones. Siendo tan livianos, apenas contribuyen a la masa total de las sustancias. Su movimiento genera la corriente eléctrica, aunque dependiendo del tipo de estructura molecular en la que se encuentren, necesitarán más o menos energía para desplazarse. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química, ya que definen las atracciones entre los átomos.

D. Numero Atómico

Numero atómico es el numero de cargas positivas (protones) que contiene el núcleo de un átomo. Se representa con la letra Z. En un átomo eléctricamente neutro, el número de electrones orbitales es igual al número atómico. Los átomos con el mismo valor Z (isótopos) pertenecen al mismo elemento. El elemento más ligero es el hidrógeno, y tiene Z = 1. El elemento más pesado que se encuentra en la naturaleza es el uranio, y tiene Z = 92. Existen elementos con Z menor o igual a 106; algunos son naturales y otros se han creado de manera artificial. Cuando el número atómico se escribe explícitamente, por lo general se coloca antes y debajo del símbolo que representa al elemento.

E. Rayos catódicos y anódicos

Rayos catódicos se descubrieron en un experimento llamado tubo de descarga, que consiste en un tubo herméticamente sellado donde se encierra un gas enrarecido y 2 electrones en los extremos cátodos (-) y ánodos (+) unidos a una corriente de voltaje. El paso de corriente iba acompañado de una luminiscente en el extremo opuesto al cátodo.

Rayos anódicos también llamados rayos canales, para estudiar el fenómeno del tubo de descarga se uso un cátodo perforado y se introdujo H2 gas enrarecido. Esto produjo una radiación que se reflejaba detrás del cátodo lo que indicaba que procedían del ánodo, a estas radiaciones se le llamo rayos anódicos.

III. LA BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA CUÁNTICA

A. Teoría de Planck

Si un cuerpo es calentado emite radiación electromagnética en un amplio rango de frecuencias. El cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación que llega a él sin reflejarla, de tal forma que sólo emite la correspondiente a su temperatura.

A fines del siglo XIX fue posible medir la radiación de un cuerpo negro con mucha precisión. La intensidad de esta radiación

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