Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos

Capítulo 7
Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos.

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica

Los primeros intentos de comprender el comportamiento de los átomos y moléculas se dieron en el siglo XIX pero no fueron exitosos, entonces, se suponía que las moléculas rebotaban y con este dato, los físicos explicaron algunos fenómenos macroscópicos como ser la presión queejerce un gas.

En 1990 nació una nueva era de la física con la teoría cuántica de Max Planck, la cual descubrió que los átomos y moléculas emiten energía en cantidades discretas o cuanta.

► Propiedades de las ondas

Onda es la alteración vibrátil mediante la cual se transmite la energía. Sus propiedades básicas se ilustran con un tipo muy conocido: las del agua. La variación regular decrestas y valles permite percibir la propagación de ondas. Sus propiedades características son:

* Longitud de onda λ (lambda): distancia entre dos puntos iguales de ondas sucesivas.
* Frecuencia ν (nu): Nº de ondas que pasan por un punto particular en un segundo.
* υ= λν
Amplitud: distancia vertical de la línea media de una onda a su cresta o valle.
* Velocidad (υ): producto de lalongitud y la frecuencia υ= λν

Dirección de propagación de la onda

► Radiación electromagnética

“Es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas“

En 1873 James Clerk Maxwell propone que la luz visible se compone de ondas electromagnéticas, el cual tiene un componente de campo eléctrico y un componente de campo magnético con igual longitud deonda, frecuencia y velocidad, viajando en planos perpendiculares entre sí.

La teoría de Maxwell: describe con exactitud cómo se puede propagar la energía en forma de radiación a través del espacio como una vibración de campos magnético y eléctrico.
La velocidad de la luz se expresa con el símbolo c y la longitud en nanómetros (nm)

Las radiaciones de alta frecuencia son:

* Laradiación ultravioleta
* Rayos X
* Rayos γ

► Teoría cuántica de Planck

Planck ante la falta de fundamentos de leyes de la física clásica propuso que los átomos y las moléculas emitían o absorbían energía solo en cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos.

A la mínima cantidad de energía que se podía emitir en forma de radiación electromagnética se la llama cuanto.E = hv

E= energía
h =constante de Planck que es igual a 6.63x 10-34 J.s
v= frecuencia de radiación

7.2 El efecto fotoeléctrico

Albert Einstein descubrió el efecto fotoeléctrico, un fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que han sido expuestos a la luz de al menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce como frecuencia umbral.* Cada una de las partículas de la luz conocidas como fotones deben poseer energía E, de acuerdo a la ecuación:
E=hv

* Con una luz de mayor frecuencia, los electrones no solo serán emitidos, también adquirirán cierta energía cinética. Ecuación:

Hv= KE+BE

KE = energía cinética del electrón emitido.
BE = energía de unión del electrón en el metal.

* Cuanto más intensa seala luz, mayor será el número de electrones emitidos por el metal de prueba.

* A mayor frecuencia de luz, mayor energía cinética de los electrones emitidos.

* Esta teoría resulto un dilema para los científicos ya que por un lado, dicha teoría de partícula de la luz no era consisten con su conocido comportamiento de onda y por otro lado, explica satisfactoriamente el efectofotoeléctrico. La única solución a este problema fue aceptar la idea de que la luz posee propiedades tanto de partícula como de onda.

7.3 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno

Las investigaciones de Einstein prepararon el camino para resolver otro “misterio” de la física: los espectros de emisión de los átomos.

►Espectros de emisión

Newton demostró que la luz solar está formada por diversos...