Teoría Cuántica Y Estructura Atómica

INDICE

Introducción

Unidad I. Teoría cuántica y estructura atómica.

1.1 El átomo y sus partículas subatómicas…………………………………………….4

1.1.1 Rayos Catódicos y Rayos anódicos………………………………………………6

1.1.2 Radiactividad.……………………………………………………………………….9

1.2 Base experimental de la teoría cuántica………………………………………….11

1.2.1 Teoría ondulatoria de la luz………………………………………………………13

1.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck....……………………………..14

1.2.3 Efecto fotoeléctrico………………………………………………………………..15

1.2.4 Espectros de emisión y series espectrales…………………………………….16

1.3 Teoría atómica de Bohr……………………………………………………………..18

1.3.1 Teoría atómica de Bohr-Sommerfeld……………………………………………19

1.4 Teoría cuántica………………………………………………………………………20

1.4.1 Principio de dualidad. Postulado de De Broglie………………………………..21

1.4.2 Principio de incertidumbre de Heisenberg……………………………………...22

1.4.3 Ecuación de onda de Schrödinger………………………………………………24

1.4.3.1 Significado físico de la función de onda ψ……………………………………28

1.4.3.2 Números cuánticos y orbitales atómicos……………………………………..29

1.5 Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos…………………………..33

1.5.1 Principio de Aufbau o de construcción…………………………………………34

1.5.2 Principio de exclusión de Pauli………………………………………………….35

1.5.3 Principio de máxima multiplicidad de Hund……………………………………37

1.5.4 Configuración electrónica de los elementos y su ubicación en la clasificación periódica…………………………………………………………………………………..38

1.5.5 Principios de Radiactividad………………………………………………………39

1.6 Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos…………..41

Fuentes de información (bibliografía)………………………………………………….43

INTRODUCCIÓN

La química es la ciencia que estudia las propiedades de los materiales y los cambios que sufren éstos. Uno de los atractivos de aprender química es ver cómo los principios químicos operan a todos los aspectos de nuestra vida. Desde las actividades cotidianas como el agua que bebemos, el prender la estufa, el uso de las pilas, hasta cuestiones más trascendentes como el desarrollo de fármacos para curar el cáncer.

Por lo antes mencionado la química permite obtener un entendimiento importante de nuestro mundo y su funcionamiento. Se trata de una ciencia práctica que ha tenido una influencia enorme sobre la vida del hombre, así como su progreso y la causa de las sustancias contaminantes producidas en los proceso de producción. De hecho, la química está en el centro de muchas cuestiones que preocupan a casi todo el mundo; el mejoramiento de la atención médica, la conservación de los recursos naturales, la protección del medio ambiente, la satisfacción de nuestras necesidades diarias en cuanto a alimentos, vestido y albergue que permitan tener una calidad vida.

Por lo tanto el programa de química para la carrera de Ingeniería en sistemas tiene por propósito que el alumno adquiera los conocimientos básicos sobre la estructura de los compuestos químicos de tipo inorgánicos, propiedades físicas, reactividad e impactos económicos que permiten relacionarlo con el funcionamiento de la computadora a través de una visión sustentable y amigable para el ambiente.

1.1 El ÁTOMO Y SUS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

El Átomo es una partícula increíblemente pequeña; es decir, es la mínima porción de la materia, capaz de tener existencia independiente y ser divisible, con capacidad de combinación.

Desde el punto de vista de la divisibilidad de la materia, el átomo es una porción más pequeña y última de la materia que se puede obtener por procedimientos químicos.

Desde el punto de vista moderno, el átomo es un sistema de energía en equilibrio, debido a que presentan igual número de protones y electrones. Por ésta razón, es neutro.

PARTÍCULAS SUB ATÓMICAS DEL ÁTOMO:

Según la teoría electrónica sobre la constitución del átomo, las partículas subatómicasfundamentales son:

Protones: Descubierta por Rutherford en el 1911. Son partículas de carga eléctrica positiva (+).

Electrones o Megatrones:Son partículas de carga eléctrica negativa (-).Se encuentran alrededor del núcleo atómico, Descubierta por J.J. Thompson en el 1897.

Neutrones:Son partículas que no tienen carga eléctrica Y Fueron descubiertas por Chadwick en 1932.

OTRAS PARTÍCULAS SUB ATÓMICAS

Hasta la actualidad existen nuevas partículas subatómicas elementales, aproximadamente más de 20 partículas subatómicas. Por ejemplo:

Antielectrón o Positrón

- Fueron descubiertos por Carl David Anderson. Su masa es similar a la de los electrones.

- Tiene carga eléctrica positiva.

- Descubierta durante radiaciones cósmicas.

Neutrinos

- Fueron descubiertos por Fermi

- Son partículas demasiado livianas. Su masa es menor que la del electrón (2x10 veces mayor) y no tiene carga eléctrica.

- Se producen durante procesos de emisión radioactiva de electrones y positrones..

Su duración es tan corta que no hay evidencias completa de su existencia

Mesones

- Fueron descubiertos por Yukawa en 1935.

- Su función es mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones)

1.1.1 RAYOS CATODICOS Y RAYOS ANODICOS

Rayos catódicos:

Los rayos catódicos se descubrieron mediante, un experimento mediante lo que se llamó tubo de descarga, un tubo hermético donde se encierra un gas enrarecido, y dos electrodos en los extremos, cátodos (") y ánodo (+), unidos a una corriente alto voltaje. El paso de corriente iba acompañado de una luminiscente en el extremo opuesto al cátodo.

Este experimento demostró la existencia de los rayos catódicos y que se alejaban del cátodo en línea recta ya que en él la parte del ánodo se reflejaba una luz. Por eso se supo que eran de naturaleza negativa.

Si se introduce en un campo magnético un cátodo, todo ello dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos se dirigía hacia la placa positiva del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga negativa.

A partir del descubrimiento de los rayos catódicos J.J. Thomson llegó a la conclusión de que las partículas de los rayos catódicos debían de ser partículas constituyentes fundamentales de toda la materia:

Los electrones

• Carga negativa

• La masa del electrón es minúscula, por eso se da como inexistente.

Rayos canales

El físico E. Goltein para estudiar el fenómeno del tubo de descarga uso un cátodo perforado e introdujo H2 gas enrarecido. Esto produjo una radiación que se reflejaba detrás del cátodo lo indicaba que procedían del ánodo. Ha estas radiaciones las llamó rayos canales o rayos anódicos.

Este experimento demostró la existencia de los rayos canales, y que tienen una naturaleza positiva ya que salen del ánodo.

Si se introduce en un campo magnético un ánodo, todo ello dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos se dirigía hacia la placa negativa del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga positiva.

Las partículas de los rayos anódicos debían de ser otras partículas constituyentes fundamentales de toda la materia, y esa partícula distinta del electrón coincidía con el núcleo del H2 que era el gas que se encontraba dentro del tubo de descarga, esa partícula es el:

Protón

• Carga positiva

• Masa 1840 veces mayor que la del electrón, su masa es de 1 u.m.a

Aclaraciones

Rayos catódicos: no se hace un vacío completo, queda un gas llamado residual. Los átomos de este gas chocan con los electrones del gas y se ionizan y quedan con carga positiva y yendo en consecuencia del ánodo al cátodo.

Rayos canales, anódicos o positivos: si tenemos un tubo con el cátodo perforado observamos un fino haz luminoso producido por unos rayos que partiendo del ánodo atraviesan el cátodo, son estos rayos.

Estructura del átomo:

Experimento de Rutherford:

Para realizar un estudio sobre la estructura interna de la materia, Rutherford bombardeó con partículas una finísima lámina de oro que estaba rodea por una pantalla fluorescente con un pequeño agujero por donde entraban las partículas y sucedió que,

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