TEORÍA MECANO

TEORIA MECANO-CUÁNTICO
En los conciertos de música, aunque todos quisiéramos estar lo mas
cerca posible del escenario, solo unos pocos pueden hacerlo, pues
existe una distribución determinada para quienes asisten. Si
tenemos en cuenta que el recinto donde se realiza el concierto
contiene personas, de la misma forma que un átomo contiene
electrones podemos hacernos una idea del modelo actual de átomo,
llamado modelo mecano-cuántico, que nos ayuda a entender el
comportamiento de todo lo que nos rodea.
Si la distribución de las personas en un concierto de música se asemeja
a la distribución que propone el modelo mecano-cuántico para los
electrones en el átomo:
1.- ¿Estarán quietos los electrones dentro del átomo?
2.- ¿Permanecerán los electrones todo el tiempo en el mismo lugar?
3.- ¿Los electrones se repartirán de forma igualitaria dentro del átomo?
4.- ¿qué propondrá el modelo mecano-cuántico para los electrones en
cuanto a su movimiento y distribución?
5.- ¿Por qué será importante conocer el modelo atómico que se usa en
la actualidad?
La historia del átomo comienza hace mas de 2500 años. Desde esos
tiempos han existido diversas teorías, primero referidos a su existencia
luego a su estructura.
Una de las primeras ideas sobre los átomos fue que estos eran esferas
indivisibles, hasta que se descubrió que en su interior existían
partículas de carga negativa (electrones), dando paso al modelo de
Thomson (budín de pasas), que luego seria desechado con el
descubrimiento del núcleo atómico, para dar paso al modelo planetario
de Rutherford. Aunque muchas de las teorías que han sido propuestas
en este tiempo no han sido del todo correctas, se transformaron en el
punto de partida para la idea moderna sobre el átomo. Esta idea se
resume en el modelo mecano-cuántico.
De la física clásica a la teoría cuántica
Paso mucho tiempo para que se descubriera que las propiedades de los
átomos y de las moléculas no responden a las mismas leyes físicas que
los objetos mas grandes. Mientras el comportamiento de estos últimos
se puede explicar utilizando la física clásica, el comportamiento de los
átomos y moléculas solo se puede explicar utilizando los principios de
la mecánica- cuántica.
La mecánica cuántica es una rama de la física que comenzó en 1926,
sin embargo las teorías que llevaron a su creación comienzan en 1900
con un joven físico alemán : Max Planck.
Para entender la base de la teoría de Planck es necesario tener ciertos
conocimientos previos como : radiación electromagnética, efecto
fotoeléctrico, espectros de emisión.
A.- RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA:
En 1873, James Maxwell propuso que la luz visible (luz que podemos ver)
se compone de ondas electromagnéticas. Propuso un modelo que
describe con exactitud como se puede propagar la energía en forma de
radiación a través del espacio con una vibración de campos eléctricos y
magnéticos.
La radiación electromagnética es la emisión y transmisión de energía en
forma de ondas electromagnéticas
Es la energía que emite un cuerpo caliente, llamada también energía
radiante, que tiene una amplia gama de longitudes de onda.
Ejemplos: ondas de radio, los rayos X, las ondas de celulares, hornos
microondas.

Características de una onda
1.- La distancia entre dos puntos se llama longitud de onda
2.- El numero de ondas (ciclos) por unidad de tiempo se llama
frecuencia
3.- La amplitud de una onda se refiere a su intensidad
LOS NIVELES DE ENERGÍA DE UN ÁTOMO
Avalados por demostraciones experimentales, Max Planck,
postuló que “ cualquier partícula ( electrón, átomo,
molécula) que oscila, emite energía ( en forma de radiación
electromagnética), cuyo valor puede ser un múltiplo de una
cantidad discreta de energía llamada cuanto. Por lo tanto,
la energía emitida por el electrón no es continua sino que
está cuantizada”.
¿En qué forma Bohr aplicó la teoría del cuanto al átomo?
Bohr propuso un átomo en que los electrones giran alrededor
del núcleo en un número limitado de orbitas estables. Es
decir, el electrón no puede moverse a cualquier distancia
del núcleo, sino a distancias determinadas.
 “Cuando un electrón se encuentra en una órbita estable, no
emite energía (estado fundamental)

Los electrones solo pueden ganar o perder una cantidad
definida de energía cuando “saltan” de una órbita a otra (
estado excitado)”
Estado fundamental y excitado del átomo
B.- EFECTO FOTOELECTRICO
Se produce cuando un haz de luz, con una frecuencia
determinada, incide sobre la superficie de un metal.
A.Einstein explicó este fenómeno apoyándose en la teoría
de los cuantos. El consideró la luz constituida por
pequeñas partículas a las que llamó fotones; según la
física clásica, la luz tenía una naturaleza ondulatoria Para
Enistein los fotones transportan una cantidad
determinada de energía y postuló que los fotones, al
chocar con un electrón de la lámina metálica, le ceden
su energía totalmente. De esta forma se vencen las
fuerzas de unión electrón-metal, logrando que los
electrones escapen del metal.
C.- ESPECTROS DE EMISIÓN
La luz visible esta compuesta de una gama de colores
continuos y que van desde el color violeta al rojo y se
llama espectro continuo
Si la fuente de luz proviene de un tubo de descarga que
contiene algún gas se observa algunas líneas coloreadas
y aisladas llamadas espectros de línea
Cada elemento químico tiene un espectro único. Como
cada espectro es una propiedad de los átomos también
se llama espectro atómico.
Un elemento químico emite el mismo espectro y no existen
dos elementos con el mismo espectro de emisión. Por
ello podemos decir que es la huella dactilar del
elemento.
Ejemplos
MODELO MECANOCUANTICO DEL ÁTOMO

A pesar de los avances alcanzados por el modelo
atómico de Niels Bohr, éste presentaba deficiencias
cuando se deseaba explicar el espectro de átomos
multielectronicos, por lo que se suponía la existencia de
estructuras dentro del átomo que los otros modelos no
explicaban, las denominaron subniveles de energía.
TEORIA DE LOUIS DE BROGLIE (1924)
DUALIDAD ONDA- PARTICULA
Considerando los argumentos de Einstein sobre la
naturaleza ondulatoria de la luz que presentan también
características de partículas Louis de Broglie propuso
de el electrón que esta en movimiento tiene una onda
asociada.
Se habla entonces del comportamiento dual del electrón.
Decía que la dualidad onda-partícula era
consecuencia de enfoques distintos a un mismo
objeto, tal como se puede ver en la figura .
Además, De Broglie pensaba que las ondas de luz están
asociadas con partículas y sugirió que una partícula, tal
como el fotón, estaba guiada en su trayectoria por la
onda asociada a la que se encuentra ligada.
WERNER HEISENBERG
Principio de incertidumbre
El Principio de incertidumbre de Heisenber dice: Es
imposible determinar exactamente la posición y la
velocidad de un sistema físico al mismo tiempo.
Cuanto mas exacta sea la determinación de una de estas
variables más inexacta será la de otra.
ERWIN SCHRODINGER.
En la actualidad se emplean cálculos probabilísticos para
describir la posición , la velocidad y la energía de los
electrones en el átomo.
El modelo mecano cuántico establece que en el átomo
existen unas zonas delimitadas u orbitales donde hay
mayor probabilidad de encontrar electrones. Estos
orbitales se agrupan, a su vez, en los distintos niveles de
energía.
Según este modelo, el electrón no se circunscribe a una
orbita, sino que a una zona llamada orbital dentro de la
cual existe una alta probabilidad de encontrar el
electrón.
NÚMEROS CUANTICOS
En 1926 Erwin Schrodinger describió el comportamiento del
electrón en un átomo de acuerdo a consideraciones
estadísticas.
Consideró que la trayectoria definida del electrón, según
Bhor debe sustituirse por la probabilidad de hallarlo en
una zona dada del espacio atómico; esta probabilidad es
también la densidad electrónica o nube de carga
electrónica, de modo que las regiones donde existe una
alta probabilidad de encontrara al electrón de alta
densidad.
Bajo este planteamiento, los estados de energía permitidos
para l electrón en el átomo llamados orbitales, quedan
descritos por medio de 4 números cuánticos: principal,
secundario, magnético y espín.
a.- Número cuántico principal (n)
Representa el nivel de energía del electrón
Determina el tamaño de las órbitas, por tanto, la distancia
al núcleo de un electrón vendrá determinada por este
número cuántico
Los valores están limitados a los números naturales
1,2,3,4, etc.
b.- Número cuántico secundario (l)
Identifica el subnivel de energía del electrón. Designa la
forma del orbital
Los valores de l dependen del valor de n, según
l= 0,1,2,3…(n-1)
ejemplo: si n = 3 l puede tomar los valores enteros
0,1,2, ya que 2 es el resultado de (3-1)
Se acostumbra simbolizar con letras los valores de l
Número cuántico secundario 0 1 2 3 4
Número del orbital
s p d f g
¿Qué valores puede tomar el l para los niveles 1,2,3,4,5?
L puede tomar todos los valores enteros entre 0 y (n-1) así:
Para n= 1 n-1= 1-1= 0  l=0 (1s)
Para n= 2 n-1= 2-1=1  l=0, l=1 (2s,2p)
Para n= 3 n-1= 3-1=2  l=0, l=1, l=2 (3s3p3d)
Para n= 4 n-1= 4-1=3  l=0, l=1, l=2, l=3 ( 4s4p4d4f)
Para n= 5 n-1= 5-1=4  l=0,l=1, l=2 l=3, l=4 (5s5p5d5f5g)
c.- Número cuántico magnético (m)
Describe las orientaciones espaciales. Sus valores
dependen de l y pueden ser los enteros existentes entre
–l y +l incluyendo el valor 0
Ejemplo: si l=2 m es -2,-1,0,+1,+2
si l=3 m es -3,-2,-1,0,+1,+2,+3
d.- Número cuántico de espin(s)
Corresponde al giro del electrón sobre su propio eje, el cual
puede tener dos sentidos: en la dirección de los
punteros del reloj y en el sentido inverso. El espín puede
tomar sólo los valores +1/2 o -1/2 que también se
simbolizan con flechas
respectivamente.