Bases de la

teoría

En los siglos XVIII y XIX, la mecánica newtoniana o clásica parecía

proporcionar una descripción totalmente precisa de los

movimientos de los cuerpos, sin embargo se crearon dudas sobre

las líneas que aparecen en los espectros luminosos emitidos por

gases calentados o sometidos a descargas eléctricas.

Otro enigma para los físicos era la coexistencia de dos teorías de

la luz: la teoría corpuscular, que explica la luz como una corriente

de partículas, y la teoría ondulatoria, que considera la luz como

ondas electromagnéticas.

Un tercer problema era la ausencia de una base molecular para la

termodinámica.

Introducción

Histórica

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.

En General

El principio de la dualidad descansa sobre el efecto

fotoeléctrico, el cual plantea que la luz puede

comportarse de dos maneras según las

circunstancias y el tema a estudiar.

Demuestra que la luz puede poseer propiedades de

partícula y propiedades ondulatorias.

Luz como una Onda: esta es usada en la fisica

clasica, en óptica, donde los lentes y los espectros

visibles requieres de su estudio

a través de las propiedades de las ondas.

Luz como Partícula: Usada en física cuántica, segun

los estudios de Planck sobre la radiación del cuerpo

negro, la materia absorbe energía electromagnética y

luego libera fotones, estos cuantos de luz, tienen de

igual manera una frecuencia, gracias a éstos, se

pueden estudiar las propiedades del átomo.

Actualmente se considera que la dualidad onda-

partícula es un “concepto de la mecánica

cuántica según el cual no hay diferencias

fundamentales entre partículas y ondas: las

partículas pueden comportarse como ondas y

viceversa

Stephen William Hawking .

El físico francés Louis de Broglie en

1924, considero, que la luz no solo es un efecto

corpuscular sino también ondulatorio. La dualidad

onda-corpúsculo es la posesión de propiedades tanto

ondulatorias como corpusculares por parte de los

objetos subatómicos.

Este fue el primero en pensar que esta

dualidad también podía aplicarse

a otras partículas como el electrón.

¿Cómo se dio cuenta Broglie?

En experimentos con rendijas y electrones, se observa

claramente el comportamiento ondulatorio de la materia,

desde este punto de vista a las partículas materiales se les

puede asociar una onda.

Introducción

Broglie postuló que la longitud de onda l y la

frecuencia u de las ondas piloto asociadas con

una partícula de momento P y energía relativista

total E, dadas por:

El movimiento de la partícula está seguido por la

propagación ondulatoria de las ondas piloto

¿En dónde está ubicada la partícula?

En el experimento de rendijas y electrones al iluminar los

electrones el comportamiento ondulatorio se perdía: el

patrón de interferencia se destruye y la partícula es como

en mecánica clásica.

Sí se disminuía la frecuencia de la luz que ilumina los

electrones, el patrón de interferencia se recuperaba, es

decir, los electrones se comportaban como ondas de

longitud de onda l=h/P pero su trayecto no se sabia.

En 1927, el físico alemán Werner Heisenberg se dio

cuenta de que las reglas de la probabilidad que

gobiernan las partículas subatómicas nacen de la

paradoja de que dos propiedades relacionadas de

una partícula no pueden ser medidas exactamente al

mismo tiempo.

Es posible determinar el ancho, o la

incertidumbre, del paquete de ondas tanto en el

espacio normal ∆x como en el espacio de momentos

∆p.

Definición

La expresión matemática que describe el principio

de incertidumbre de Heisenberg es:

(∆x)( ∆p) ≥ Ћ

La pequeñez de un dispositivo de medida tiene un

límite. Podría ser tan pequeño como una partícula

subatómica, pero no más. Podría utilizar tan sólo un

cuanto de energía, pero no menos. Una sola

partícula y un solo cuanto de energía son suficientes

para introducir ciertos cambios.

En 1926, Erwin Schrödinger postulo una ecuación, que vinculaba la función de onda con las variables dinámicas de las partículas.

Así se fundo una nueva mecánica, la de las partículas atómicas, que se llamo mecánica cuántica.

El termino cuántico viene al caso, porque generalmente, la ecuación de Schrödinger solo tiene solución para determinados niveles de energía. Es decir, la cuantificación de la energía, aparece como algo natural en la mecánica cuántica.

Con su aplicación se muestra a las ondas como

una de las características de la materia y es

considerada como uno de los grandes logros

obtenidos en el siglo XX. Se trata de una

herramienta matemática de gran alcance que se

utiliza en la física y en una parte importante de

los estudios que se efectúan en química que se

ocupan de los problemas de la estructura

atómica de la materia.

Con esto se crean las nubes de

probabilidad electrónicas

Los números cuánticos son unos números que se

conservan en los sistemas cuánticos.

En física atómica, los números cuánticos son

valores numéricos discretos que nos indican las

características de los electrones en los átomos, esto

está basado en la teoría atómica de Niels Bohr

Bohr utilizaba un número cuántico(n) para definir

una órbita ,el modelo de Schrödinger utiliza tres

números cuánticos para describir un orbital: n, l y ml

.

Número cuántico principal(n)

Número cuántico secundario(l)

Número cuántico magnético(ml)

Número cuántico principal (n):Representa al nivel de

energía y su valor es un número entero positivo y se

le asocia a la idea física del volumen del orbital.

Determina el tamaño de las órbitas, por tanto, la

distancia al núcleo de un electrón vendrá

determinada por este número cuántico.

Todas las órbitas con el mismo número cuántico

principal forman una capa. Su valor puede ser

cualquier número natural mayor que 0 y

dependiendo de su valor, cada capa recibe como

designación una letra. Si el número cuántico

principal es 1, la capa se denomina K, si 2 L, si 3

M, si 4 N, si 5 P, etc.

Número cuántico secundario (l): Identifica al

subnivel de energía del electrón y se le asocia a la

forma del orbital. Sus valores dependen del número

cuántico principal "n", es decir, sus valores son

todos los enteros entre 0 y (n-1) ejemplo : n= 4 l =

0,1,2,3

El número cuántico azimutal determina la

excentricidad de la órbita, cuanto mayor sea más

aplanada será la elipse que recorre el electrón.

Su valor depende del número cuántico principal

n, Así, en la capa K, como n vale 1, l sólo puede

tomar el valor 0, correspondiente a una órbita

circular. En la capa M, en la que n toma el valor de

3, l tomará los valores de 0, 1 y 2, el primero

correspondiente a una órbita circular y los segundos

a órbitas cada vez más excéntricas.

Número cuántico magnético (m): Describe las

orientaciones espaciales de los orbitales. Sus

valores son todos los enteros del intervalo (-l,+l)

incluyendo el 0.Ejemplo: n = 4l = 0, 1, 2, 3m = -3, -2, -

1, 0, +1, +2, +3.

El número cuántico magnético determina la

orientación espacial de las órbitas, de las elipses. Su

valor dependerá del número de elipses existente y

varía desde -l hasta l pasando por el valor 0.

Por ejemplo, si el valor de l es 2, las órbitas podrán

tener 5 orientaciones en el espacio, con los valores

de m -2, -1, 0, 1 y 2. Si el número cuántico azimutal

es 1, existen tres orientaciones posible (-1, 0 y

1), mientras que si es 0, sólo hay una posible

orientación espacial, correspondiente al valor de m 0

Número cuántico de espín (s): Describe el giro del

electrón en torno a su propio eje, en un movimiento

de rotación. Este giro puede hacerlo sólo en dos

direcciones, opuestas entre sí. Por ello, los valores

que puede tomar el número cuántico de spin son -1/2

y +1/2.

Orbitales "s": Los orbitales "s" son esféricamente

simétricos alrededor del núcleo atómico.

Orbitales "p": La forma de los orbitales p es de dos

lóbulos situados en lados opuestos al núcleo. Hay

tres tipos de orbitales p ( ; ml= -1,0,1) que difieren en

su orientación.

No hay una correlación simple entre los tres

números cuánticos magnéticos y las tres

orientaciones: las direcciones x, y y z. Los orbitales

p del nivel n se denominan npx, npy, npz

Los orbitales p al igual que los s aumentan de

tamaño al aumentar el número cuántico principal.

Orbitales "d": En el tercer subnivel tenemos 5

orbitales atómicos (para n>3 l =2; ml=-2,-1,0,1,2) con

diferentes orientaciones en el espacio

Orbitales "f": Son orbitales de mayor energía. Para

n>4 tendremos 7 orbitales f ( =3 y ml=-3,-2,-1,0,1,2,3)

. Los orbitales f son importantes para comprender el

comportamiento de los elementos con número

atómico mayor a 57.