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Teoría cuántica y estructura atómica
 

Teoría cuántica y estructura atómica

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    Teoría cuántica y estructura atómica Teoría cuántica y estructura atómica Presentation Transcript

    • Es un conjunto de frecuencias de las ondaselectromagnéticas emitidas por átomos de eseelemento, en estad gaseoso, cuando se lecomunica energía. El espectro de emisión decada elemento es único y puede ser usado paradeterminar si ese elemento es parte deun compuesto desconocido.
    • Es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico en el que seintroduce una cuantización a partir de ciertos postulados. Fue propuestoen 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones puedentener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentabanespectros de emisión característicos.Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para hacer el modelo que lleva su nombre.Bohr intentaba realizar un modelo atómico capaz de explicar la estabilidad dela materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan enlos gases. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando asu alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr partía conceptualmentedel modelo atómico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuantización quehabían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y AlbertEinstein. Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todavía utilizadofrecuentemente como una simplificación de la estructura de la materia.
    • En 1913, Niels Bohr desarrolló su célebre modelo atómico de acuerdo a trespostulados fundamentales:-Primer postulado: Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleodel átomo sin radiar energía.-Segundo postulado: El átomo radia cuando el electrón hace una transicióndesde un estado estacionario a otro, es decir toda emisión o absorción deradiación entre un sistema atómico esta generada por la transición entre dosestados estacionarios. La radiación emitida (o absorbida) durante la transicióncorresponde a un cuanto de energía (fotón) cuya frecuencia esta relacionadacon las energías de las órbitas estacionarias por la ecuación de Planck.-Tercer Postulado: El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de unaórbita permitida a otra.
    • El físico alemán Arnold Sommerfeld, crea en 1916, el modelo atómico que lleva sunombre, para dar algunas mejoras al modelo atómico de Bohr, ayudándose de larelatividad deAlbert Einstein. Llegó a la conclusión, de que este comportamiento delos electrones se podía explicar, diciendo que dentro de un mismo nivel de energíaexistían distintos subniveles energéticos, lo que hacía que hubiesen diversasvariaciones de energía, dentro de un mismo nivel teóricamente, Sommerfeld habíaencontrado que en algunos átomos, las velocidades que experimentaban loselectrones llegaban a ser cercanas a la de la luz, así que se dedicó a estudiar loselectrones como relativistas.Fue en 1916 cuando Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr,intentando solucionar los dos defectos principales de ese modelo. De este modo,hizo dos básicas modificaciones:Los electrones describían órbitas cuasi- elípticas.Velocidades relativistas.
    • Según Bohr, os electrones giraban exclusivamente en modo circular. Una orbitacéntrica dio lugar a un nuevo número cuántico, que se denominaría comonúmero cuántico Azimutal, que definiría la forma de los orbitales, y serepresentaría con la letra l, tomando valores variables desde 0 hasta n-1.Así, las órbitas con:l=0 serían los posteriormente conocidos como orbitales S.l=1 se llamaría orbital 2p u orbital principal.l=2 se conocería como d, u orbital diffuse.L=3 sería el orbital llamado f o fundamental.
    • La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Se tratade una teoría que reúne un formalismo matemático y conceptual, y recoge unconjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX, paradar explicación a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con lasconcepciones físicas vigentes.Las ideas que sustentan la Teoría Cuántica surgieron, pues, como alternativa altratar de explicar el comportamiento de sistemas en los que el aparato conceptualde la Física Clásica se mostraba insuficiente. Es decir, una serie de observacionesempíricas cuya explicación no era abordable a través de los métodos existentes,propició la aparición de las nuevas ideas.
    • Louis de Broglie, era un aristócrata francés que ganó el premio Nobel de Físicade 1929 por una tesis doctoral que elucidaba las propiedades ondulatorias delos orbitantes electrones.El punto de partida que tuvo de De Broglie para desarrollar su tesis fue lainquietante dualidad en el comportamiento de la luz, que en ciertosfenómenos se manifiesta como onda, en otros como partícula. Estedesconcertante aspecto doble de la luz, estrechamente vinculado con laexistencia.Planck realizó varios experimentos para probar su teoría, con los cuales logroestableces que la energia de estos cuantos o fotnes es directamenteproporcinal a la frecuencia de la radiación que los emite, estableciendo asi laformula que decia que la energia(E) es igual a la constante de Planck(h) por lafrecuencia de la radiación(f).
    • El principio de la dualidad descansa sobre el efecto fotoeléctrico, elcual plantea que la luz puede comportarse de dos maneras segúnlas circunstancias y el tema a estudiar, y son1.- Luz como una Onda: esta es usada en la física clásica, sobre todoen óptica, donde los lentes y los espectros visibles requieres de suestudio a través de las propiedades de las ondas.2.- Luz como Partícula: Usada sobre todo en física cuántica, segúnlos estudios de Planck sobre la radiación del cuerpo negro, lamateria absorbe energía electromagnética y luego la libera enforma de pequeños paquetes llamados fotones, estos cuantos deluz, tienen de igual manera una frecuencia, pero gracias a éstos, sepueden estudiar las propiedades del átomo.
    • Este principio propone que existen ciertos pares de magnitudes físicas, como laposición y la cantidad de movimiento o la energía y el tiempo, que no puedenconocerse simultáneamente con una gran precisión cuanto mejor se conoceuna, peor se conoce otra (más o menos, lo que enunció años antes Bohr).- El producto de las indeterminaciones de las medidas debe ser mayor o igual ah/2.- Este principio no niega que una magnitud no se pueda conocer con la precisióncon la que se desee niega que se puedan conocer las dos simultáneamente.- Este es el límite de la Física Clásica: esta indeterminación no se tiene encuenta. Hay un impedimento teórico que anula toda práctica que se haga. Esteprincipio de incertidumbre no afecta a todos los cuerpos.
    • UN COCHE UN ELECTRÓN- De esta forma, se puede comprobar que el principio de Incertidumbre deHeisenberg es únicamente válido en el mundo microscópico, ya que esaindeterminación es despreciable en el mundo macroscópico. Esta incertidumbreinterrelaciona los valores de posición y velocidad en cuanto a la exactitud de susvalores reales.Por eso, no tiene sentido la vieja idea de los electrones que se mueven en susórbitas con velocidades dadas (teniendo en cuenta que la órbita de un núcleo dehidrógeno es de 10-10 m de radio, su velocidad no se conocerá con una precisiónmayor de 1.000.000 m/s).x . p " h/2E . t " h/2Masa coche: 1000 kgx . v " h/2mx . v " 10-37 m2/sMasa e-: 10-30 kgx . v " h/2mx . v " 10-4 m2/s
    • El desarrollo de la física cuántica a introducido nuevas formas decomprender los fenómenos que rodean el comportamiento de laspartículas elementales. Se ha visto que las ondas electromagnéticasposeen cualidades de partículas energéticas, así como loselectrones poseen propiedades de ondas, es decir, es posibleasignarles una frecuencia angular y una contante de movimientodeterminada, pero además es imposible establecer un punto exactodel espacio donde se encuentra la partícula. La fusión definitiva quecuantifica estas ideas, a sido conseguida gracias a estudioscientíficos desarrollados por Erwin Schrodinger, llamádola ecuaciónde onda, la cual incluye en comportamiento ondulatorio de laspartículas y la fusión de la probabilidad de su ubicación.
    • POSTULADOS DE LA ECUACION DE ONDA DE SCHRODINGER:1. - Cada partícula del sistema físico se describe por medio de una onda plana descrita por una funcio denotada por Y(x, y, z, t); esta función y sus derivadas parciales son continuas, finitas y de valores simples.2. - Las cantidades clásicas de la energía (E) y del momentum (P), serelacionan con operadores de la mecánica cuántica definida de lasiguiente manera.
    • 3. - La probabilidad de encontrar una partícula con la función deonda en el espacio viene dada por: