quimica

La F sica de la Qu mica
A comienzos del siglo XX, se desarrollo la Mecanica Cuantica . Lo esencial de esta teor a es la
introduccion de elementos discretos en la descripcion de la naturaleza. Es as como los electrones
en los atomos no pueden tener cualquier energ a , sino que estan en estados estacionarios discretos donde su energ a esta determinada por numeros enteros.

El Atomo deRutherford

El modelo atomico aceptado actualmente consisten en un nucleo pesado con carga electrica positiva, compuesto por neutrones y protones, rodeado de una nube de electrones con carga electrica
negativa y masa muy pequena comparada con la del nucleo . El atomo es electricamente neutro.
~
De este modelo atomico se puede derivar toda la Qu mica , como veremos a continuacion.
Para ilustrar estoen el caso mas sencillo, estudiaremos el atomo de Hidrogeno , que consta de un
proton y un electron. La teor a del atomo de Hidrogeno fue inventada por N. Bohr en 1 91 3.
La idea basica de Bohr es que el electron en el atomo de Hidrogeno puede ocupar solo algunas
orbitas alrededor del proton. Las orbitas permitidas se llaman orbitas estacionarias, porque
estando en ellas el electron no pierdeenerg a por radiacion de luz.
Para determinar las orbitas estacionarias, Bohr postulo que el momentum angular, de nido por
l = m v r , donde m es la masa del electron, v es su velocidad tangencial y r es el radio de la
orbita estacionaria, solo puede valer un multiplo entero de una constante fundamental:

l = n 2h ; n = 1 ; 2 :
h = 6. 6 1 0 ? m kg / s se llama la constante de Planck.Utilizando las leyes de la Mecanica , Bohr encontro que la energ a del electron en el atomo de
Hidrogeno esta dada por:
En = ? R y ; R y = 1 3. 6 e V
(1)
n
34

2

2

NOTA: 1 e v = 1 . 6 1 0 ? J . Es la energ a que adquiere un electron al ser acelerado por una
diferencia de potencial de 1 V ( olt) .
La energ a negativa signi ca que el electron esta atrapado por el proton ( como los planetas).
Para liberarlo, debemos agregar al electron una energ a de 1 3. 6 e V ( energ a de ligazon del H) .
La teor a de Bohr se completa con la regla de Einstein. Cada onda electromagnetica ( foton) de
frecuencia lleva un cuanto( paquete) de energ a dada por
19

E=h
Dado que la energ a se conserva en todos los procesos, se obtienen las siguientes predicciones:
1 ) Si un electron que estaoriginalmente en una orbita estacionaria de numero n , a una orbita
estacionaria de numero m , con n < m , se absorbe un foton de frecuencia:
Em ? En
a
( 2)
nm =
h
Si la frecuencia del foton no coincide con ninguna de estas frecuencias caracter sticas , no sera
absorbido por el atomo .
2) Si un electron que esta originalmente en una orbita estacionaria de numero n , a una orbita
estacionariade numero m , con n > m , se emite un foton de frecuencia:
En ? Em
e
( 3)
nm =
h
1

Con estas predicciones, Bohr pudo explicar los espectros de los atomos . El espectro de un atomo
es su huella digital. Permite identi car su presencia en estrellas lejanas y en el medio interestelar.
En el caso 1 ) se trata de un espectro de absorcion y en 2) de emision.
El espectro de absorcion permitedetectar la presencia de un elemento qu mico al hacer pasar luz
blanca por un medio conteniendo el elemento a ser estudiado. El espectro mostrara l neas
oscuras en la posicion correspondiente a las frecuencias dadas por ( 2)
El espectro de emision permite detectar la presencia de un elemento, cuando el material se
calienta y emite luz. En el espectro apareceran l neas brillantes en lasposiciones dadas por ( 3)
ESPECTRO DE ABSORCION Y DE EMISION DEL ATOMO DE HIDROGENO

LA TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS
Las propiedades qu micas de un elemento estan determinadas por su lugar en la Tabla Periodica :

2

La teor a atomica de Bohr permite entender la Tabla Periodica .
Un atomo de la Tabla se identi ca por su numero atomico Z . Z es el numero de protones que
hay en el nucleo...