Quimica

1.4 Teoría cuántica

La teoría cuántica, es una 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 enpequeñas unidades discretas llamadas cuantos.
Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría 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. Imagen 52.


Imagen 52.- Relación entre la teoría cuántica de Planck y lafísica cuántica



Introducción del cuanto de Planck

A principios del siglo XX, los físicos aún no reconocían claramente que éstas y otras dificultades de la física estaban relacionadas entre sí.
 El primer avance que llevó a la solución de aquellas dificultades fue la introducción por parte de Planck del concepto de cuanto, como resultado de los estudios de la radiación del cuerpo negro realizadospor los físicos en los últimos años del siglo XIX (el término "cuerpo negro" se refiere a un cuerpo o superficie ideal que absorbe toda la energía radiante sin reflejar ninguna).
Un cuerpo a temperatura alta (al rojo vivo) emite la mayor parte de su radiación en las zonas de baja frecuencia (rojo e infrarrojo); un cuerpo a temperatura más alta (al rojo blanco) emite proporcionalmente más radiaciónen frecuencias más altas (amarillo, verde o azul).
Durante la década de 1890, los físicos llevaron a cabo estudios cuantitativos detallados de esos fenómenos y expresaron sus resultados en una serie de curvas o gráficas. La teoría clásica, predecía un conjunto de curvas radicalmente diferentes de las observadas.
Lo que hizo Planck fue diseñar una fórmula matemática que describiera las curvas realescon exactitud; después dedujo una hipótesis física que pudiera explicar la fórmula.
Su hipótesis fue que la energía sólo es radiada en cuantos cuya energía es h·n , donde n es la frecuencia de la radiación y h es el ‘cuanto de acción’, ahora conocido como constante de Planck.
La energía es discontinua y depende de la frecuencia de la radiación:
Ecuación de Planck:  E=h·n = h·c/l



1.4.1Principio de dualidad. Postulado de De Broglie

1.4.1 Principio de dualidad. Postulado de De Broglie
 Louis de Broglie, era un aristócrata francés que ganó el premio Nobel de Física de 1929 por una tesis que elucidaba las propiedades ondulatorias de los orbitantes electrones. Se trató de un trabajo que ayudó a resolver una antigua paradoja al mostrar que los electrones pueden ser descritos ya sea comopartículas o como ondas, según las circunstancias.

El punto de partida que tuvo Broglie para desarrollar su tesis fue la inquietante dualidad en el comportamiento de la luz, que en ciertos fenómenos se manifiesta como onda, en otros como partícula.

El principio de la dualidad descansa sobre el efecto fotoeléctrico, el cual plantea que la luz puede comportarse de dos maneras según lascircunstancias:

1.- Luz como una Onda: esta es usada en la física clásica, sobre todo en óptica, donde los lentes y los espectros visibles requieres de su estudio a través de las propiedades de las ondas.  

2.- Luz como Partícula: Usada sobre todo en física cuántica, según los estudios de Planck sobre la radiación del cuerpo negro, la materia absorbe energía electromagnética y luego la libera en forma depequeños paquetes llamados fotones, estos cuantos de luz, tienen de igual manera una frecuencia, pero gracias a éstos, se pueden estudiar las propiedades del átomo.


Planck realizó varios experimentos para probar su teoría, con los cuales logro estableces que la energía de estos cuantos o fotones es directamente proporcional a la frecuencia de la radiación que los emite, estableciendo asi la...