La energía es la propiedad de la materia que permite que esta experimente cambios. Los fotones transportan energía electromagnética y se comportan como partículas y ondas. La frecuencia, longitud de onda y energía de un fotón están relacionadas matemáticamente. El espectro electromagnético incluye diferentes tipos de radiación clasificadas por su longitud de onda y frecuencia, siendo los fotones más energéticos aquellos con mayor frecuencia o menor longitud de onda.

1. Bases de
Estructura de la Materia
y Química
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2. 1. El átomo de hidrógeno
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3. 1.1. Materia y energía
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4. 1.1.2. Energía
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ÍNDICE

5. La energía es la propiedad de la materia que hace que
esta cambie o pueda cambiar. Si una molécula no tuviese
energía, no podría experimentar cambios. Algunos
cambios suponen que las moléculas pierdan energía,
pérdida que se manifiesta en la producción de calor y/o
en la realización de un trabajo (por ejemplo, esto sucede
en un motor de pila de combustible); otros cambios
hacen que las moléculas ganen energía. Ciertos cambios
producen energía radiante, que es la que poseen las
ondas electromagnéticas, como la luz. Así, la luz de las
luciérnagas se debe a reacciones químicas que se
producen en sus organismos.
Hay muchas formas de radiación electromagnética, como la visible (luz), la infrarroja, la ultravioleta, las
microondas o las ondas de radio. Ciertos comportamientos de la luz (de la radiación electromagnética, en
general) se pueden explicar considerando que se trata de un fenómeno ondulatorio, pero otros solo pueden
comprenderse entendiendo el haz luminoso como un chorro de partículas a las que se denomina fotones.
Este “doble comportamiento” se denomina dualidad onda-partícula y se tratará con más detalle más
adelante.
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6. 1.1.2.1. Fotones
Supongamos que una fuente luminosa emite un fotón. Este seguirá un recorrido rectilíneo a gran velocidad (𝑐
≈ 3·108 m/s en el vacío). El fotón lleva asociado un campo eléctrico y un campo magnético, cuyas intensidades
se representan mediante los vectores 𝐸 y 𝐵, que son mutuamente perpendiculares y, a su vez perpendiculares
a la dirección del fotón, 𝑐, como puede verse en la figura 1.3.
Fig. 1.3. Un fotón (representado con
un círculo verde) avanza en el espacio
en el sentido de su vector velocidad,
𝑐. El fotón crea en el punto en el que
se encuentra un campo eléctrico 𝐸 y
un campo magnético 𝐵 que son
mutuamente perpendiculares y, a su
vez perpendiculares a 𝑐.
Pero estas intensidades no son constantes, sino que van aumentando hasta alcanzar un máximo para luego
disminuir hasta cero y volver a aumentar, pero en sentido contrario, disminuyendo finalmente de nuevo hasta
el valor cero. Lo descrito se puede visualizar en la secuencia de imágenes de la figura 1.4. El ciclo se va
repitiendo a lo largo de toda la trayectoria del fotón.
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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

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Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.

15. Fig. 1.4. Según el fotón va avanzando siguiendo la dirección de propagación de la luz,
se van modificando las intensidades de los campos eléctrico y magnético, 𝐸 y 𝐵.
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Si se superponen todas las imágenes se obtiene lo que se observa en la figura 1.5. Y si en ella se unieran los
extremos de los vectores 𝐸 se obtendría la forma de una onda. Y lo mismo con el vector 𝐵. Por eso se dice que
el fotón lleva asociada una onda. En la figura se han señalado dos elementos importantes de las ondas: la
amplitud, 𝐴, que es el valor máximo de la intensidad del campo electromagnético, y la longitud de onda, 
(letra griega lambda), que es la distancia entre dos puntos del espacio consecutivos en los que la intensidad 𝐸
o 𝐵 es la misma en magnitud y sentido.
Fig. 1.5. El trazo que se
obtiene al unir los
extremos de los vectores
𝐸 y 𝐵 asociados a un fotón
en su avance por la línea
de propagación tiene la
forma de una onda.

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1.1.2.2. Frecuencia y energía
Se llama periodo, 𝑇, al tiempo que tarda en formarse la onda, o, lo que es lo mismo, al tiempo que el fotón
emplea en recorrer la distancia . Como la velocidad de avance es 𝑐, y dado que el espacio recorrido por un
objeto móvil se calcula multiplicando su velocidad por el tiempo empleado, la relación entre estas variables es:
 = 𝑐𝑇 [1.4]
La cantidad de ciclos completos que se producen cada unidad de tiempo será igual a 1/𝑇. A este cociente se le
llama frecuencia,  (letra griega ni). Su unidad de medida en el sistema internacional (SI) es 1/s (s-1) o Hz (hercios).
Por lo tanto, la relación entre , c y  viene dada por:
 =
𝑐

[1.5]
Una magnitud muy usada en química es,  , que es el número de ondas completas (ciclos) que “caben” dentro de
una unidad de medida. Es igual, por tanto, a 1/. En el SI se mide en m-1, aunque es más común usar el cm-1. La
relación entre número de ondas y frecuencia es:
 =

𝑐
[1.6]

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Por otra parte, cada fotón puede considerarse un pequeño paquete de energía o cuanto de energía. Esta energía,
𝐸, es proporcional a la frecuencia de la onda asociada al fotón:
𝐸 = ℎ [1.7]
En la anterior relación, conocida como de Planck-Einstein, ℎ es la constante de Planck, cuyo valor en el SI es ℎ ≈
6,626 J⋅s.

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1.1.2.3. Espectro electromagnético
Las distintas radiaciones electromagnéticas que existen se diferencian entre sí por la longitud de sus ondas (o por
sus frecuencias), como se esquematiza en la figura 1.6, en la que se han incluido algunos objetos que tienen el
tamaño aproximados de las ondas correspondientes.
Fig. 1.6.
Diferentes tipos
de radiaciones
del espectro
electromagnétic
o, indicándose
su frecuencia y
longitud de
onda
aproximadas.
En la figura 1.6, los fotones son más energéticos hacia la derecha, es decir, tienen más energía cuanto mayor
sea su frecuencia o menor su longitud de onda. Por ejemplo, los fotones de luz roja son menos energéticos que
los de luz verde.

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Fuentes
Espectro electromagnético (fig 1.6): Basado en Inductiveload,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2974242

21. Bases de Estructura de la Materia y Química
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