Teoria cuantica

iTeoría cuántica, 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 llamadascuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoria
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.
ESA nueva física, basada en nociones probabilísticas y en el principio de incertidumbre, es heredera delos viejos cuantos de Planck. Por ello se le conoce como mecánica cuántica. Con la teoría cuántica se han podido explicar las propiedades de los átomos y moléculas, las reacciones entre ellos y sus consecuencias químicas. En particular, podemos entender las regularidades que Mendeleyev plasmó en su tabla periódica de los elementos químicos.
Los químicos del siglo pasado sabían bien que el hidrógenoera el elemento más ligero y que su átomo sería el más simple: en el modelo planetario un electrón con carga e daría vueltas atraído eléctricamente por el primero de los núcleos, el protón. La ecuación de la mecánica cuántica, llamada ecuación de Schrödinger, puede resolverse en este caso y a su solución se le llama la función de onda y, relacionada con la probabilidad de encontrar al electrón endistintos puntos del espacio que rodea al protón.
La función y tiene tres características: tamaño de la región en el espacio donde y no es nula, su forma geométrica y su orientación. La primera característica de la función y equivale al tamaño del átomo, es decir, de la región donde está confinado el electrón. Esto fija la longitud de onda l típica que debe asociarse al electrón dentro delátomo. De acuerdo al principio de incertidumbre, el momento lineal correspondiente debería ser del orden de / l. Como la energía cinética es p /2me, donde me es la masa del electrón, l determina la energía del átomo de hidrógeno. En otras palabras, el tamaño de un sistema cuántico está relacionado con su energía. Mientras menor sea la región de confinamiento, más energía se requiere para mantenerloestable.
Podemos tener una idea del tamaño del átomo de hidrógeno, cuyo radio es R, si igualamos la energía eléctrica que lo confina, e /R, a la energía cinética que el confinamiento induce,
De aquí resulta que R = /mee
que, por cierto, es la única combinación de , me y e que tiene las dimensiones de longitud. El radio se conoce como el de Bohr y vale 0.5 x 10–8 centímetros. Si el átomo fuera deltamaño de una pelota de futbol por ejemplo, un hombre tendría una altura bastante mayor que la distancia entre la Tierra y la Luna. ¡Así de pequeños son los átomos! No ha de extrañarnos, pues, que las leyes físicas que rijan en el mundo de los minúsculos átomos sean distintas a las que vemos en acción en nuestra vida diaria.
Una vez que conocemos R, podemos estimar las energías típicas de unelectrón dentro del átomo. Obtenemos que esa energía E es del orden de mee4/2 , equivalente a 20 x 10–12 ergs, donde el erg es la unidad de energía en el sistema CGS.1 Como vestigio de las órbitas cuantizadas de Bohr, la energía del electrón sólo puede tomar ciertos valores discretos. Con ello, la teoría cuántica explica el espectro del átomo de hidrógeno, que había sido observado por Balmer, Lyman yotros ópticos del siglo diecinueve.
La segunda característica de y es su forma geométrica. De la misma manera en que hay tamaños discretos de y, así sólo algunas formas de y satisfacen la ecuación de Schrödinger. Con y entra en la física la forma geométrica. Resulta curioso, pero no había en la teoría clásica de la física algo relacionado con la forma de las cosas. Y eso a pesar de que la...