Ingeniería Industrial

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Lic. Jason Rodríguez Retana

Tema: Teoría Cuántica y Configuración Electrónica

Propiedades de las ondas

• Max Planck dio inicios a la nueva era de la física en el año de 1900.

 

• Definición de una onda: es una alteración vibrátil mediante la cual se transmite la energía.

Las características básicas de una onda son las siguientes

1. Amplitud de onda: distancia entre la línea de equilibrio y una cresta o un valle.

2. Longitud de onda: distancia entre dos crestas y se representa con la letra griega lambda ( λ).

3. Frecuencia: número de ondas que pasan por un mismo punto durante un segundo.

4. Periodo: Tiempo que se tarda en realizar una vibración completa.

5. Rapidez de onda (Velocidad de propagación): depende del tiempo que tarda en propagarse y el medio donde se propaga la onda.

Radiación Electromagnética

James Maxwell propuso que una onda como la luz está conformada por un componente eléctrico y otro magnético.

 Tanto el componente magnético, así como el eléctrico, presentan la misma longitud de onda y misma frecuencia, pero viajan en planos perpendiculares

 El modelo de Maxwell describe como se puede propagar la energía en forma de radiación a través del espacio, como una vibración electromagnética, a través del espacio.

 Las ondas electromagnéticas viajan a 3,00x108 m/s y no requieren un medio para transportarse.

Teoría Cuántica de Planck

Proponía que los átomos emitían o absorbían energía solamente en cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos.

Planck los llamó Cuantos

La energía E, está dada por la fórmula: E = h*v.

 

h es la constante de Planck: 6,63x10-34 J

El Efecto Fotoeléctrico

En 1905 Albert Einstein utiliza la Teoría Cuantica de Max Planck para explicar el efecto fotoeléctrico.

 

Fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que se han expuesto a la luz de al menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce como frecuencia umbral.

 

Einstein dedujo que cada una de estas partículas de luz, que ahora se conocen como fotones debe poseer una energía E, de acuerdo con la ecuación E = h*v

Teoría de Bohr del átomo de Hidrógeno (Espectro de Emisión)

• Así se denomina al espectro continuo o de líneas de radiación emitidas por las sustancias

• Ejemplo: el resplandor de una descarga eléctrica, al calentar una barra de metal hasta el rojo vivo, este resplandor es un espectro.

•  

• Cada elemento tiene un espectro de emisión único.

Mecánica Cuántica

El modelo atómico de Bohr no lograba explicar con claridad la localización de una partícula subatómica.

 

Werner Heisenberg formuló una teoría (Principio de Incertidumbre de Heisenberg)

Principio de Incertidumbre de Heisenberg: es imposible conocer con certeza el momento p (definido como la masa por la rapidez) y la posición de una partícula simultáneamente.

 

Para el átomo de Hidrógeno, se puede ver como el electrón no viaja en una órbita alrededor del núcleo con una trayectoria bien definida.

Descripción Mecánica Cuántica del Átomo de Hidrógeno

o No deja claro en que parte del átomo se puede encontrar un electrón con exactitud.

 

o El concepto de densidad electrónica da la probabilidad de encontrar un electrón, en cierta región del átomo (nube de electrones).

Números Cuánticos

Para distribuir los electrones en cualquier átomo la mecánica cuántica precisa de tres números cuánticos.

 

Los números cuánticos son: número cuántico principal, número cuántico de momento angular y número cuántico magnético.

Estos números cuánticos se utilizan para identificar los electrones que están dentro.

El número cuántico de espín es un cuarto número cuántico que describe el comportamiento de determinado electrón y completa la descripción de los electrones en los átomos.

Número Cuántico Principal (n)

Puede tomar valores enteros de 1,2,3,……

 

En el átomo de hidrógeno define el valor de la energía en un orbital (no es aplicable para átomos polielectrónicos)

 

Se relaciona con la longitud promedio entre el electrón y el orbital.

Cuanto más grande sea el valor de n, mayor será la longitud entre ele electrón en el orbital, con respecto al núcleo.

Número Cuántico de Momento Angular (l)

Expresa la forma de los orbitales.

Dependen de los valores del número cuántico principal (n).

 

Para ciertos valores de n, l tiene todos los valores enteros posibles desde 0 hasta (n-1.

 

Para n=1, solo existe un posible valor de l, l = 0, si n = 2, l, puede tener los valores: 0 y 1, si n =3 l puede tener los valores: 0,1 y 2.

 

El valor de l se designa con las letras s,p,d,f,g,h. (buscar imágenes)

 

Número Cuántico Magnético (ml)

Describe la orientación del orbital en el espacio

Para determinar el valor de ml se realiza mediante la fórmula (2 l+ 1), tomando en cuenta valores de negativo a positivo.

 

Si l = 0, entonces ml = 0.

 

Si l = 1 entonces ml tendrá valores de -1, 0, 1.

Si l = 2 entonces ml tendrá valores de -2, -1,0,1,2.

Número Cuántico de espín del electrón (ms)

Para tomar en cuenta el espín del electrón, es preciso añadir un cuarto número cuántico, que toma valores de + ½ y -1/2.

Este número cuántico permite determinar la orientación del electrón

Relación números cuánticos y orbitales atómicos.