Teoria Atomica

GUIA DE ESTUDIO: TEORIA ATOMICA










I.- La naturaleza dual del electrón: Mecánica cuántica y Números cuánticos


A) NATURALEZA DUAL: En 1924 Louis de Broglie dio respuesta a la inquietud, al plantear que “si las ondas luminosas se pueden comportar como un rayo de partículas, es posible que los electrones posean la propiedades ondulatorias”. Sugirió entonces que el electrón,en su trayectoria circular alrededor del núcleo, tenía una longitud de onda (λ) característica, la que dependía de su masa (m) y de su velocidad (v), lo que se expresa en la siguiente ecuación


λ=h /m v

Donde: λ Longitud de onda.; h Corresponde a la constante de Planck. y mv Relación de masa y velocidad que describe la cantidad de movimiento (momentum)para cualquier objeto.

El electrón tiene un comportamiento dual de corpúsculo y onda, pues posee masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es imposible conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad; por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo

B) MECÁNICACUÁNTICA: La Mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud infinita y a la vez la posición y la velocidad de una partícula (véase Principio de indeterminación de Heisenberg), entre otros. A tales efectos sueledenominárseles "efectos cuánticos". Así, la Mecánica cuántica es la que rige el movimiento de sistemas en los cuales los efectos cuánticos sean relevantes. Se ha documentado que tales efectos son importantes en materiales mesoscópicos (unos 1.000 átomos).
Las suposiciones más importantes de esta teoría son las siguientes: La energía no se intercambia de forma continua, sino que en todointercambio energético hay una cantidad mínima involucrada. Al ser imposible fijar a la vez la posición y la velocidad de una partícula, se renuncia al concepto de trayectoria, vital en Mecánica clásica. En vez de eso, el movimiento de una partícula queda regido por una función matemática que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, la probabilidad de que la partícula descrita se halle en talposición en ese momento (al menos, en la interpretación de la Mecánica cuántica más usual, la probabilística o "de Copenhagen"). A partir de esa función, o función de onda, se extraen teóricamente todas las magnitudes del movimiento necesarias. Aunque la estructura formal de la teoría está bien desarrollada, no sucede lo mismo con su interpretación, que sigue siendo objeto de controversias.
Lateoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX. El hecho de que la energía se intercambiaba de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes: Espectro de la radiación del Cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía. Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió aaparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energía.



Efecto Compton. El desarrollo formal de la teoría fue obra de los esfuerzos conjuntos de muchos y muy buenos físicos y matemáticos de la época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Albert Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr y Von Neumann entre otros (la lista es larga). En general, la región de origen de la Mecánica cuánticapuede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.
Heisenberg, a partir de un supuesto matemático, sugiere que es imposible conocer con exactitud la posición, el momento (masa por velocidad) y la energía de un electrón y, en general, de una partícula de pequeño tamaño, lo que se resuelve a medida que la materia tiene mayor...