Teoria Cuantica

Teoría cuántica

Los átomos individuales forman una rama de la física llamada teoría cuántica. “las propiedades de los átomos y moléculas no están gobernados por las mismas leyes que funcionan para objetos grandes.”

Radiación electromagnética

En 1813 James Maxwell demostró que la luz visible consta de ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética es una forma de energía que consiste en campos eléctricos y magnéticos que varían repetitivamente. Una radiación electromagnética es una emisión de energía a través del espacio en forma de ondas.

Propiedades de las ondas

La onda es una perturbación vibracional por un medio de la cual se transmite energía. la longitud de onda (λ)es la distancia entre 2 puntos idénticos en ondas sucesivas . La frecuencia es el número de ondas que pasan a través de un punto específico en un segundo. La amplitud es la distancia vertical de la línea media de la onda a la cresta o valle. La velocidad (c) depende del numero de ciclos que la onda pasa a través de un punto dado en un segundo. La velocidad a la que viajan las ondas electromagnéticas (luz ) es de 3x108 m/s(constante). Para una onda que viaja a una cierta velocidad (c), la longitud de onda (λ) y la frecuencia (v)se relacionan entre si deacuerdo con la siguiente formula:

C=λV

Espectro electromagnético

Isaac Newton fue el primero que registro la separación de la luz solar en sus colores componentes al dejarlos pasar atreves de un prisma. Como la luz solar visible da el espectro continuo observado en un arcoíris. La luz visible representa solo un diminuto segmento del espectro de la radiación electromagnética. La luz solar contiene radiación de longitud de onda mas larga (IR)

Efecto fotoeléctrico

consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética, el efecto fotoeléctrico indica que los fotones luminosos pueden transferir energía a los electronesLos fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y éste último tiene más energía que la función trabajo, el electrón es arrancado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no puede escapar de la superficie del material. Aumentar la intensidad del haz no cambia la energía de los fotones constituyentes, solo cambia el número de fotones. En consecuencia, la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz, sino de la energía de los fotones.

Espectros atómicos

Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los diferentes elementos químicos.

Si, mediante suministro de energía calorífica, se estimula un determinado elemento en su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias del visible, que constituyen su espectro de emisión.

Si el mismo elemento, también en estado de gas, recibe radiación electromagnética, absorbe en ciertas frecuencias del visible, precisamente las mismas en las que emite cuando se estimula mediante calor. Este será su espectro de absorción.

Ecuación de Rydberg para long. De onda y energía

Descubrio a finales del siglo XIX que las longitudes de onda de las diferentes líneas del espectro del hidrogeno podían relacionarse por la ecuación matemática :

1/λ=RH(1/n_(f^2 ) -1/n_(i^2 ) )

Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno

Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: la Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció tres postulados:

¤ El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas.

¤ Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía.

¤ Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el imapacto de un electrón o el choque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo.

El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr

¤ El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.

¤ El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía.

¤ Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía. cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa.

En la siguiente simulación puedes elegir la órbita de giro del electrón. Observa cómo las energías de las órbitas más exteriores son mayores que las de las órbitas más interiores. "r" es el radio de la órbita.

Naturaleza ondulatoria del electrón

Lois de Brogile sugirió que partículas muy pequeñas como los electrones podían presentar propiedades ondulatorias. En 1925 De Brogile predijo que una partícula con una masa m y una velocidad v tendría una longitud de onda de acuerdo a la siguiente ecuación.

λ=h/mv

Descripción mecanocuántica del átomo

La mecánica cuántica se basa en las propiedades ondulatorias de la materia y establece que se requieren 3 números cuánticos para describir la distribución de los electrones en los átomos.

Principio de incertidumbre: Warner Heisenberg en 1927 enuncio que “Es imposible determinar exactamente el momento y la posición de un electrón (o cualquier otra particula muy pequeña) de forma simultanea.”

Números cuánticos

Los números cuánticos son valores numéricos que nos indican las características de los electrones de los átomos, esto esta basado desde luego en la teoría atómica de Neils Bohr que es el modelo atómico mas aceptado y utilizado en los últimos tiempos.

Los números atómicos más importantes son cuatro:

• Número Cuántico Principal:

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