Este documento presenta información sobre la teoría cuántica y la estructura atómica. Explica las partículas subatómicas como electrones, protones y neutrones. También describe los descubrimientos de los rayos catódicos, rayos anódicos y la radiactividad. Finalmente, resume conceptos como la teoría atómica de Bohr, la teoría cuántica, los números cuánticos y las aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos.

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE ACAPULCO
QUÍMICA
UNIDAD I
TEORÍA CUÁNTICA Y ESTRUCTURA
ATÓMICA
EQUIPO II
SILVA VÁZQUEZ PATSY KARIME
MALDONADO GARCIA MARISOL
MOREYRA ÁLVAREZ MIGUEL ÁNGEL
LÓPEZ HERNÁNDEZ JESUS NOEL
VALLE TENANGO LUIS ÁNGEL
PERALTA EROZA JULIO CESAR
VÁZQUEZ MORENO CARLOS EDUARDO
AULA: 703 HORARIO: 11:00-12:00

2. Química ITA
ÍNDICE
1.1 El átomo y sus partículas subatómicas ..................................................... 5
1.1.1 Rayos Catódicos y Rayos anódicos ....................................................... 6
1.1.2 Radiactividad ...................................................................................... 8
1.2 Base experimental de la teoría cuántica ................................................ 12
1.2.1 Teoría ondulatoria de la luz .............................................................. 13
1.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck ................................. 15
1.2.3 Efecto fotoeléctrico .......................................................................... 18
1.2.4 Espectros de emisión y series espectrales ......................................... 18
1.3 Teoría atómica de Bohr .......................................................................... 20
1.3.1 Teoría atómica de Bohr-Sommerfeld ................................................. 21
1.4 Teoría cuántica ....................................................................................... 23
1.4.1 Principio de dualidad. Postulado de De Broglie ................................ 24
1.4.2 Principio de incertidumbre de Heisenberg ....................................... 25
1.4.3 Ecuación de onda de Schrödinger ...................................................... 26
1.4.3.1 Significado físico de la función de onda Ɏ² ............................. 28
1.4.3.2 Números cuánticos y orbitales atómicos ................................. 29
1.5 Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos ........................... 30
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3. Química ITA
1.5.1 Principio de Aufbau o de construcción .............................................. 31
1.5.2 Principio de exclusión de Pauli .......................................................... 32
1.5.3 Principio de máxima multiplicidad de Hund ...................................... 34
1.5.4 Configuración electrónica de los elementos ...................................... 35
1.5.5 Principios de Radiactividad ................................................................ 40
1.6 Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos ...... 41
Linkografia .................................................................................................... 44
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4. Química ITA
Este trabajo está dedicado a todas las personas
Que nos han precedido« personas que han hecho
Que nuestras vidas hoy sean mejores y mas
Abundantes.
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5. Química ITA
1.1 El átomo y sus partículas subatómicas.
La palabra átomo proviene del idioma griego y significa
³no divisible´ o ³indivisible´ por lo que el átomo se consideraría la
particular más pequeña de la materia que no se puede dividir.
Este concepto fue inventado por Demócrito en el 400 a.c. y en
aquella época se creía que el átomo era efectivamente la
partícula más pequeña posible de la materia (lo cual no es cierto
ya que hay partículas subatómicas)
En los átomos se reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica
negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas "órbitas" o niveles de
energía, alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo en
su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente
neutro.
Centro del núcleo se encuentran otras partículas, los protones, que poseen
carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica. Así pues
dentro del átomo encontramos:
EL ELECTRÓN: Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa
igual a 1,602 x 10-19 Coulomb y masa igual a 9,1083 x 10-28 g, que se encuentra
formando parte de los átomos de todos los elementos
EL NEUTRÓN: Es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa
ligeramente superior a la del protón, que se encuentra formando parte de los
átomos de todos los elementos
EL PROTÓN: Es una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a
1,602 x 10-19 Coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón. La
misma se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.
En un átomo de un elemento cualquiera se tiene la misma cantidad de
protones y de electrones. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se
designa por la letra "Z".
A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo
atómico se denomina número másico y se designa por la letra "A".
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6. Química ITA
Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número
atómico y másico se representa por la siguiente simbología:
A
X
z
Por ejemplo, para el Sodio tenemos:
Así el número de neutrones resulta de la ecuación
neutrones (n) = A - Z
1.1.1 Rayos Catódicos y Rayos Anódicos.
Rayos catódicos:
Los rayos catódicos se descubrieron mediante, un experimento mediante lo
que se llamo tubo de descarga, un tubo hermético donde se encierra un gas
enrarecido, y dos electrodos en los extremos, cátodos (-) y ánodo (+), unidos a
una corriente alto voltaje. El paso de corriente iba acompañado de una
luminiscente en el extremo opuesto al cátodo.
Este experimento demostró la existencia de los rayos catódicos y que se
alejaban del cátodo en línea recta ya que en él la parte del ánodo se reflejaba una
luz. Por eso se supo que eran de naturaleza negativa.
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7. Química ITA
Si se introduce en un campo magnético un cátodo, todo ello dentro de un
tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos
se dirigía hacia la placa positiva del campo magnético, por lo que se comprobó
que se comportaban como una corriente eléctrica de carga negativa.
A partir del descubrimiento de los rayos catódicos J.J. Thomson llegó a la
conclusión de que las partículas de los rayos catódicos debían de ser partículas
constituyentes fundamentales de toda la materia:
Los electrones
‡ Carga negativa
‡ La masa del electrón es minúscula, por eso se da como inexistente.
Rayos canales o rayos anódicos:
El físico E. Goltein para estudiar el fenómeno del tubo de descarga uso un
cátodo perforado e introdujo H2 gas enrarecido. Esto produjo una radiación que se
reflejaba detrás del cátodo lo indicaba que procedían del ánodo. A estas
radiaciones las llamó rayos canales o rayos anódicos.
Este experimento demostró la existencia de los rayos canales, y que tienen
una naturaleza positiva ya que salen del ánodo.
Si se introduce en un campo magnético un ánodo, todo ello dentro de un
tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos
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8. Química ITA
se dirigía hacia la placa negativa del campo magnético, por lo que se comprobó
que se comportaban como una corriente eléctrica de carga positiva.
Las partículas de los rayos anódicos debían de ser otras partículas
constituyentes fundamentales de toda la materia, y esa partícula distinta del
electrón coincidía con el núcleo del H2 que era el gas que se encontraba dentro
del tubo de descarga, esa partícula es él:
Protón
‡ Carga positiva
‡ Masa 1840 veces mayor que la del electrón, su masa es de 1 u.m.a
1.1.2 Radiactividad
Radioactividad natural:
Fue una casualidad que hizo que Becquerel que tenía una placa fotográfica
en un cajón se le veló y se preguntó ¿por qué?, creyó que se debía a que tenía un
metal que emitía unas radiaciones penetrantes.
Hizo ensayos con uranio en frió, caliente, pulverizado disuelto en ácido y
comprobó que la intensidad de la reacción es siempre la misma.
La radioactividad no depende de la forma física del cuerpo radioactivo sino
que es una cualidad que radica en el interior del cuerpo, solo se origina en el
núcleo del átomo, la causa que se cree que ocurre es, la relación entre el número
de protones y neutrones del núcleo.
Los núcleos estables la relación entre numero de protones y de neutrones
es más o menos 1, pero en los radioactivos puede llegar a 1,6.
Posteriormente a Becquerel los esposos Curie descubrieron otros dos
elementos más radioactivos que le uranio, el polonio y el radio, se conoce en la
actualidad más de 100 isótopos radioactivo naturales, son pesados con el numero
atómico elevado (+80).
Los objetos radiactivos emiten radiaciones: alfa (Į), beta (ȕ), gamma (Ȗ).
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9. Química ITA
Partículas ALFA: son partículas de helio, son de naturaleza positiva y se
desplazan al lado negativo.
No traspasan una hoja de papel o la piel, su excesivo tamaño hace que su
velocidad sea menor que las otras al igual que su penetración.
Partículas BETA: son electrones, tienen masa 0 y carga -1, mucha menos
masa que las partículas alfa y mucho más rápidas y con mucho mayor poder de
penetración por la desintegración de los neutrones.
Radiaciones GAMMA: es una onda electromagnética, es como la luz pero
con menor longitud de onda, no tiene carga, se propaga a la velocidad de la luz,
tiene la que más poder de penetración tiene.
Leyes de Soddy y Fajans o de la desintegración radiactiva:
‡ Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula alfa se convierte en un
núcleo con una masa y un número atómico de 2 unidades menor.
‡ Cuando un núcleo radiactivo emite una radiación beta se transforma en
un núcleo distinto que tiene la misma masa y el número atómico aumenta en 1.
‡ Cuando un núcleo radiactivo emite radiación gamma no altera ni masa ni
carga.
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10. Química ITA
Periodo de semidesintegración de un cuerpo radiactivo
Es el tiempo necesario para que el número atómico radiactivo de una
muestra se reduzca a la mitad, cambia de unos elementos a otros, unos tardan
días o años otros segundos. Se representa con la letra T.
Vida media
Se llama vida media de un cuerpo radiactivo a la media de la vida de todos
los átomos presentes en muestra se obtiene sumando todas las vidas y dividiendo
por el número de átomos radiactivos presentes en el momento inicial. Se
representa con T'.
Actividad radiactiva
Es el número de desintegración que experimenta un elemento por segundo.
La unidad de la actividad radiactiva es el curie.
Radioactividad artificial:
Se produce el bombardear ciertos núcleos estables con partículas
apropiada, si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado, penetran
dentro del núcleo, lo bombardean y forman un nuevo núcleo que en caso de ser
inestable se desintegra radiactivamente de este modo se origina la radiactividad
artificial.
La descubrió los esposos Joliot"Curie, al bombardear aluminio y el boro con
partículas alfa:
No siempre que se lleva acabo se consigue un isótopo radiactivo. Es
frecuente cambiar un núcleo por otro cuando se produce el bombardeo se llama
desintegración o transmutación atómica la primera la obtuvo Rutherford al
bombardear:
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11. Química ITA
Para conseguir que las partículas que se usan para bombardear penetren al
núcleo tienen que tener una energía elevada porque han de salvar los campos
eléctricos que posen los electrones de la corteza y los protones del núcleo.
Se usan: deuterios, neutrones (normalmente), electrones, protones, partículas alfa.
Fisión nuclear
Consiste en romper un núcleo pesado en otros más ligeros a la vez que se
libera neutrones y grandes cantidades de energía, para ello hay que bombardear
el núcleo, se usa el neutrón.
A comienzos del siglo XX dos químicos alemanes rompieron el núcleo de
U235 al bombardearlo con neutrones y se rompe en bario, kriptón, 3 neutrones y
grandes cantidades de energía, produciendo una reacción en cadena, en ella se
produce una pérdida de masa que es la que se transforma en energía de acuerdo
con la formula de Einstein.
Para que se produzca una reacción en cadena tiene que haber cierto
equilibrio en el conjunto de átomos fusionables por lo que es necesario una masa
mínima que es la masa crítica.
La enorme cantidad de energía que se obtiene se aprovecha par reactores
nucleares que se usan hoy en las centrales nucleares para producir energía
eléctrica. Pero a la vez que se usa para barcas, centrales también se usa mal,
como la bomba atómica (Bomba A). En Nagasaki e Hiroshima al explotar la
temperatura subió a millones y la presión también a millones, luego esta intentó
bajar y creó una barrea de presión que destruyó todo a su paso para igualar la
presión normal.
Fusión Nuclear
Consiste en la unión de núcleos ligeros para crear otros más pesados
mientras se desprenden grandes cantidades de energía, desprenden más energía
que la de fisión. Se usa el tritio y el deuterio para formar helio, pero se necesitan
mucha energía para fusionarse, cosa que en el sol es algo normal. Puede ser bien
o mal usada. Si se utiliza bien podría convertirse en la energía del futuro, aún es
algo desconocida, pero si se usa mal se puede hacer la Bomba H, más peligrosa
que la A. La energía se mide en Megatones que es la energía que libera en su
explosión un millón de toneladas de trinitrotolueno, también en kilotones.
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12. Química ITA
1.2 Base experimental de la Teoría Cuántica.
Teoría cuántica, 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. Las bases de la
teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que
la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas
llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el
principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en
1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la
posición y el momento lineal de una partícula subatómica.
La teoría cuántica fue primeramente introducida por Planck, en 1900. Max
Planck, (1858 ± 1947) nacido en Kiel, Alemania el 23 de abril de 1858. Es el
³padre de la cuántica´. Planck dedujo la hipótesis de la discontinuidad de la
energía y en el año de 1900 Planck descubre los cuantos y formula la teoría que lo
haría famoso, y que daría nacimiento a un campo desconocido hasta entonces, la
Mecánica Cuántica, la cual da una nueva y muy especial forma de ver los
fenómenos físicos. Gracias a sus esfuerzos, y muy merecidamente, Planck recibió
el premio Nobel de Física en 1918. Max Planck muere el 4 de octubre de 1947.
Planck retomó la teoría defendida hace tiempo por Newton, la cual en ese
entonces ya no tenía validez alguna. Newton consideraba a la luz como un haz de
corpúsculos que se propagaban en línea recta, al aparecer la teoría ondulatoria de
Huygens (1678), la teoría de los corpúsculos de Newton se vio destruida, pero era
retomada nuevamente por Planck en 1900.
La teoría cuántica básicamente nos dice que la luz no llega de una manera
continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que
llamamos cuantos. Estos cuantos de energía se llaman fotones. Toda luz que nos
llega viene por pequeños paquetes, no es continua.
Los fotones son las partículas ³fundamentales´ de la luz, así como los
electrones son las partículas fundamentales de la materia, esta analogía es la que
sirvió para realizar el descubrimiento del carácter cuántico de la luz. Por esta
misma analogía, años después, de Broglie desarrolló la teoría que formula que la
materia también tiene un carácter ondulatorio. La carga eléctrica y la energía
tienen una estructura granular (está formada por cuantos), al igual que la materia.
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13. Química ITA
La teoría cuántica ha servido para demostrar los fenómenos que no se
pudieron explicar con la teoría ondulatoria de la luz, pero hay fenómenos que no
pueden ser explicados con la teoría cuántica, y además hay ciertos fenómenos
que pueden ser explicados por ambas teorías.
1.2.1 Teoría ondulatoria de la luz.
Propugnada por Christian Huygens en el año 1678, describe y explica lo
que hoy se considera como leyes de reflexión y refracción. Define a la luz como un
movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. Ahora, como
los físicos de la época consideraban que todas las ondas requerían de algún
medio que las transportaran en el vacío, para las ondas lumínicas se postula como
medio a una materia insustancial e invisible a la cual se le llamó éter (cuestión que
es tratada con mayores detalles en la separata 4.03 de este mismo capítulo).
Justamente la presencia del éter fue el principal medio cuestionador de la teoría
ondulatoria. En ello, es necesario equiparar las vibraciones luminosas con las
elásticas transversales de los sólidos sin que se transmitan, por lo tanto,
vibraciones longitudinales. Aquí es donde se presenta la mayor contradicción en
cuanto a la presencia del éter como medio de transporte de ondas, ya que se
requeriría que éste reuniera alguna característica sólida pero que a su vez no
opusiera resistencia al libre tránsito de los cuerpos sólidos. (Las ondas
transversales sólo se propagan a través de medios sólidos.)
En aquella época, la teoría de Huygens no fue muy considerada,
fundamentalmente por el prestigio que alcanzó Newton. Pasó más de un siglo
para que fuera tomada en cuenta la Teoría Ondulatoria de la luz. Los
experimentos del médico inglés Thomas Young sobre los fenómenos de
interferencias luminosas, y los del físico francés Auguste Jean Fresnel sobre la
difracción fueron decisivos para que ello ocurriera y se colocara en la tabla de
estudios de los físicos sobre la luz, la propuesta realizada en el siglo XVII por
Huygens.
Young demostró experimentalmente el hecho paradójico que se daba en la
teoría corpuscular de que la suma de dos fuentes luminosas pueden producir
menos luminosidad que por separado. En una pantalla negra practica dos
minúsculos agujeros muy próximos entre sí: al acercar la pantalla al ojo, la luz de
un pequeño y distante foco aparece en forma de anillos alternativamente brillantes
y oscuros. ¿Cómo explicar el efecto de ambos agujeros que por separado darían
un campo iluminado, y combinados producen sombra en ciertas zonas? Young
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14. Química ITA
logra explicar que la alternancia de las franjas por la imagen de las ondas
acuáticas. Si las ondas suman sus crestas hallándose en concordancia de fase, la
vibración resultante será intensa. Por el contrario, si la cresta de una onda
coincide con el valle de la otra, la vibración resultante será nula. Deducción simple
imputada a una interferencia y se embriona la idea de la luz como estado
vibratorio de una materia insustancial e invisible, el éter, al cual se le resucita.
Ahora bien, la colaboración de Auguste Fresnel para el rescate de la teoría
ondulatoria de la luz estuvo dada por el aporte matemático que le dio rigor a las
ideas propuestas por Young y la explicación que presentó sobre el fenómeno de la
polarización al transformar el movimiento ondulatorio longitudinal, supuesto por
Huygens y ratificado por Young, quien creía que las vibraciones luminosas se
efectuaban en dirección paralela a la propagación de la onda luminosa, en
transversales. Pero aquí, y pese a las sagaces explicaciones que incluso rayan en
las adivinanzas dadas por Fresnel, inmediatamente queda presentada una gran
contradicción a esta doctrina, ya que no es posible que se pueda propagar en el
éter la luz por medio de ondas transversales, debido a que éstas sólo se propagan
en medios sólidos.
En su trabajo, Fresnel explica una multiplicidad de fenómenos manifestados
por la luz polarizada. Observa que dos rayos polarizados ubicados en un mismo
plano se interfieren, pero no lo hacen si están polarizados entre sí cuando se
encuentran perpendicularmente. Este descubrimiento lo invita a pensar que en un
rayo polarizado debe ocurrir algo perpendicularmente en dirección a la
propagación y establece que ese algo no puede ser más que la propia vibración
luminosa. La conclusión se impone: las vibraciones en la luz no pueden ser
longitudinales, como Young lo propusiera, sino perpendiculares a la dirección de
propagación, transversales.
Las distintas investigaciones y estudios que se realizaron sobre la
naturaleza de la luz, en la época en que nos encontramos de lo que va
transcurrido del relato, engendraron aspiraciones de mayores conocimientos sobre
la luz. Entre ellas, se encuentra la de lograr medir la velocidad de la luz con mayor
exactitud que la permitida por las observaciones astronómicas. Hippolyte Fizeau
(1819- 1896) concretó el proyecto en 1849 con un clásico experimento. Al hacer
pasar la luz reflejada por dos espejos entre los intersticios de una rueda girando
rápidamente, determinó la velocidad que podría tener la luz en su trayectoria, que
estimó aproximadamente en 300.000 km./s. Después de Fizeau, lo siguió León
Foucault (1819 ± 1868) al medir la velocidad de propagación de la luz a través del
agua. Ello fue de gran interés, ya que iba a servir de criterio entre la teoría
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15. Química ITA
corpuscular y la ondulatoria. La primera, como señalamos, requería que la
velocidad fuese mayor en el agua que en el aire; lo contrario exigía, pues, la
segunda. En sus experimentos, Foucault logró comprobar, en 1851, que la
velocidad de la luz cuando transcurre por el agua es inferior a la que desarrolla
cuando transita por el aire. Con ello, la teoría ondulatoria adquiere cierta
preeminencia sobre la corpuscular, y pavimenta el camino hacia la gran síntesis
realizada por Maxwell.
1.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck.
Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda
la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o
pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y
constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación
electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en
1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.
Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo
esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más
elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a
temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a
las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no
sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas;
a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos
no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino
que siguen la ley de Planck.
A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la
naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor
mayor que una superficie brillante. Así, la energía emitida por un filamento de
carbón incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma
temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de
energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los cuerpos de color
negro son buenos absorbentes y el cuerpo negro es un cuerpo ideal, no existente
en la naturaleza, que absorbe toda la energía.
Teoría de Planck
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16. Química ITA
En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los resultados
experimentales satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitían energía.
Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación
electromagnética es siempre un múltiplo de la constante h, llamada posteriormente
constante de Planck por la frecuencia v de la radiación.
=nhv
h=6,62 10±34 J‡s, constante de Planck
v=frecuencia de la radiación
A hv le llamó cuanto de energía. Que un cuanto sea más energético que otro
dependerá de su frecuencia.
l terminar.
Max Planck y la teoría cuántica
Fue premiado con el Nobel y considerado el creador de la teoría cuántica.
Albert Einstein dijo: ³Era un hombre a quien le fue dado aportar al mundo una gran
idea creadora´. De esa idea creadora nació la física moderna.
Planck estudió en las universidades de Munich y Berlín. Fue nombrado
profesor de física en la Universidad de Kiel en 1885, y desde 1889 hasta 1928
ocupó el mismo cargo en la Universidad de Berlín. En 1900 Planck formuló que la
energía se radia en unidades pequeñas separadas denominadas cuantos.
Avanzando en el desarrollo de esta teoría, descubrió una constante de
naturaleza universal que se conoce como la constante de Planck. La ley de Planck
establece que la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación
multiplicada por la constante universal. Sus descubrimientos, sin embargo, no
invalidaron la teoría de que la radiación se propagaba por ondas. Los físicos en la
actualidad creen que la radiación electromagnética combina las propiedades de
las ondas y de las partículas.
Los descubrimientos de Planck, que fueron verificados posteriormente por
otros científicos, fueron el nacimiento de un campo totalmente nuevo de la física,
conocido como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos para la
investigación en campos como el de la energía atómica. Reconoció en 1905 la
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17. Química ITA
importancia de las ideas sobre la cuantificación de la radiación electromagnética
expuestas por Albert Einstein, con quien colaboró a lo largo de su carrera.
El propio Planck nunca avanzó una interpretación significativa de sus
quantums. En 1905 Einstein, basándose en el trabajo de Planck, publicó su teoría
sobre el fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico. Dados los cálculos de
Planck, Einstein demostró que las partículas cargadas absorbían y emitían
energías en cuantos finitos que eran proporcionales a la frecuencia de la luz o
radiación. En 1930, los principios cuánticos formarían los fundamentos de la nueva
física.
Planck recibió muchos premios, especialmente, el Premio Nobel de Física,
en 1918. En 1930 Planck fue elegido presidente de la Sociedad Kaiser Guillermo
para el Progreso de la Ciencia, la principal asociación de científicos alemanes, que
después se llamó Sociedad Max Planck. Sus críticas abiertas al régimen nazi que
había llegado al poder en Alemania en 1933 le forzaron a abandonar la Sociedad,
de la que volvió a ser su presidente al acabar la II Guerra Mundial. La oposición de
Max Planck al régimen nazi, lo enfrentó con Hitler. En varias ocasiones intercedió
por sus colegas judíos ante el régimen nazi.
Max Planck sufrió muchas tragedias personales después de la edad de 50
años. En 1909, su primera esposa murió después de 22 años de matrimonio,
dejando dos hijos y dos hijas gemelas. Su hijo mayor murió en el frente de
combate en la Primera Guerra Mundial en 1916; sus dos hijas murieron de parto.
Durante la Segunda Guerra Mundial, su casa en Berlín fue destruida totalmente
por las bombas en 1944 y su hijo más joven, Erwin, fue implicado en la tentativa
contra la vida de Hitler que se efectuó el 20 de julio de 1944 i murió de forma
horrible en manos de la Gestapo en 1945.
Todo este cúmulo de adversidades, aseguraba su discípulo Max von Laue,
las soportó sin una queja. Al finalizar la guerra, Planck, su segunda esposa y el
hijo de ésta, se trasladaron a Göttingen donde él murió a los 90 años, el 4 de
octubre de 1947.
Max Planck hizo descubrimientos brillantes en la física que revolucionaron
la manera de pensar sobre los procesos atómicos y subatómicos. Su trabajo
teórico fue respetado extensamente por sus colegas científicos. Entre sus obras
más importantes se encuentran Introducción a la física teórica (5 volúmenes,
1932±1933) y Filosofía de la física (1936).
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18. Química ITA
1.2.3 Efecto Fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material
cuando se hace incidir sobre él radiación electromagnética (luz visible o
ultravioleta, en general).
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887,
al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión
alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se
deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien
publicó en 1905 el revolucionario artículo ³Heurística de la generación y
conversión de la luz´, basando su formulación de la fotoelectricidad en una
extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews
Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein
no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y
Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923,
respectivamente.
1.2.4 Espectros de emisión y series espectrales.
El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de
frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento,
en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de
cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es
parte de un compuesto desconocido. Si colocamos un tubo con hidrógeno
calentado a alta temperatura, esto produce que emita radiaciones, y cuando éstas
se hacen pasar a través de un prisma de cuarzo se refractan, y se desvían.
Cuando salen del prisma, las radiaciones se encuentran separadas en la placa
detectora.
Las características del espectro de
emisión de algunos elementos son
claramente visibles a ojo descubierto
cuando estos elementos son calentados.
Por ejemplo, cuando un alambre de
platino es bañado en una solución de
nitrato de estroncio y después es
introducido en una llama, los átomos de
estroncio emiten color rojo. De manera
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19. Química ITA
similar, cuando el cobre es introducido en una llama, ésta se convierte en luz
verde. Estas caracterizaciones determinadas permiten identificar los elementos
mediante su espectro de emisión atómica.
Líneas Espectrales es una línea oscura o brillante en un espectro uniforme
y continuo, resultado de un exceso o una carencia de fotones en un estrecho
rango de frecuencias, comparado con las frecuencias cercanas. Cuando existe un
exceso de fotones se habla de una línea de emisión. En el caso de existir una
carencia de fotones, se habla de
una línea de absorción. El
estudio de las líneas espectrales
permite realizar un análisis
químico de cuerpos lejanos,
siendo la espectroscopia uno de
los métodos fundamentales
usados en la astrofísica, aunque
es utilizada también en el
estudio de la Tierra. Las líneas espectrales son el resultado de la interacción entre
un sistema cuántico ²por lo general, átomos, pero algunas veces moléculas o
núcleos atómicos² y fotones. Cuando un fotón tiene una energía muy cercana a
la necesaria para cambiar el estado de energía del sistema (en el caso del átomo
el cambio de estado de energía sería un electrón cambiando de orbital), el fotón es
absorbido. Tiempo después, será remitido, ya sea e n la misma frecuencia ²o
longitud de onda²1 que originalmente tenía, o en forma de cascada, es decir una
serie de fotones de diferente frecuencia. La dirección en la que el nuevo fotón será
remitido estará relacionada con la dirección de dónde provino el fotón original.
Dependiendo del tipo de gas, la fuente luminosa y lo que arribe al detector,
se pueden producir dos tipos de líneas: de emisión o de absorción. Si el gas se
encuentra entre el detector y la fuente de luz ²la cual, por lo general, se tratará de
una fuente con espectro continuo², de tal forma que el detector pueda observar el
espectro tanto del gas como de la fuente, se observará una disminución de la
intensidad de la luz en la frecuencia del fotón incidente, debido a que la mayor
parte de los fotones reemitidos saldrán en direcciones diferentes a las que poseían
los fotones originales. En este caso se observará una línea de absorción. Por otro
lado, si el detector es capaz de observar el gas, pero no puede ver la fuente de
luz, se observarán solamente los fotones reemitidos, resultando en líneas de
emisión.
19

20. Química ITA
La posición de las líneas espectrales depende del átomo o molécula que las
produzca. Debido a lo anterior, estas líneas son de gran utilidad para identificar la
composición química de cualquier medio que permita pasar la luz a través de él.
Varios elementos químicos se han descubierto gracias a la espectroscopia. Entre
algunos de éstos están el helio, el talio y el cerio. Las líneas espectrales también
dependen de las condiciones físicas del gas. Por esta razón, son comúnmente
utilizadas para determinar las características físicas, además de la composición
química, de estrellas y otros cuerpos celestes, para los cuales no existe ningún
otro método de análisis.
1.3 Teoría atómica de Bohr
El modelo atómico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo cuantizado
del átomo propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo
los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo. Como todos los
modelos, no pretenden ser la realidad sino describir una porción de ella.
Bohr se basó en el átomo de
hidrógeno para realizar el modelo que
lleva su nombre. Bohr intentaba realizar
un modelo atómico capaz de explicar la
estabilidad de la materia y los espectros
de emisión y absorción discretos que se
observan en los gases. Describió el
átomo de hidrógeno con un protón en el
núcleo, y girando a su alrededor un
electrón. El modelo atómico de Bohr
partía conceptualmente del modelo
atómico de Rutherford y de las
incipientes ideas sobre cuantización que
habían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert
Einstein. Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todavía utilizado
frecuentemente como una simplificación de la estructura de la materia.
En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del
núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana
posible al núcleo. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula
cargada moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones
deberían colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar
20

21. Química ITA
este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en
órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energético.
Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero n que toma
valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de Número
Cuántico Principal.
Bohr supuso además que el momento angular de cada electrón estaba
cuantizado y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De
acuerdo al número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba
del núcleo cada una de las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno.
Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban
en la "K" y terminaban en la "Q". Posteriormente los niveles electrónicos se
ordenaron por números. Cada órbita tiene electrones con distintos niveles de
energía obtenida que después se tiene que liberar y por esa razón el electrón va
saltando de una órbita a otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel
adecuado, dependiendo de la energía que posea, para liberarse sin problema y de
nuevo volver a su órbita de origen.
Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podría ser
explicado algunos años más tarde gracias al modelo atómico de Sommerfeld.
Históricamente el desarrollo del modelo atómico de Bohr junto con la dualidad
onda-corpúsculo permitiría a Erwin Schrödinger descubrir la ecuación fundamental
de la mecánica cuántica.
1.3.1 Teoría atómica de Bohr-Sommerfeld.
El modelo atómico de Sommerfeld es un modelo atómico hecho por el físico
alemán Arnold Sommerfeld (1868-1951) que básicamente es una generalización
relativista del modelo atómico de Bohr (1913).
y Insuficiencias del modelo de Bohr
El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de
hidrógeno, sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros
elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían
distinta energía, mostrando que algo andaba mal en el modelo. Su conclusión fue
que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles, es decir, energías
ligeramente diferentes para un nivel energético dado.
21

22. Química ITA
Además desde el punto de vista teórico, Sommerfeld había encontrado que
en ciertos átomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fracción
apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld estudió la cuestión para
electrones relativistas.
y Características del modelo
En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr intentando
paliar los dos principales defectos de éste. Para eso introdujo dos modificaciones
básicas: Órbitas casi-elípticas para los electrones y velocidades relativistas. En el
modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares. La excentricidad
de la órbita dio lugar a un nuevo número cuántico: el número cuántico azimutal,
que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra l y toma
valores que van desde 0 hasta n-1. Las órbitas con:
l = 0 se denominarían posteriormente orbitales s o sharp
l = 1 se denominarían p o principal.
l = 2 se denominarían d o diffuse.
l = 3 se denominarían f o fundamental.
Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales,
Sommerfeld postuló que el núcleo del átomo no permanece inmóvil, sino que tanto
el núcleo como el electrón se mueven alrededor del centro de masas del sistema,
que estará situado muy próximo al núcleo al tener este una masa varios miles de
veces superior a la masa del electrón.
Para explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales, observando al
emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las órbitas del
electrón pueden ser circulares y elípticas. Introduce el número cuántico secundario
o azimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2,«(n-1), e indica
el momento angular del electrón en la órbita en unidades de , determinando los
subniveles de energía en cada nivel cuántico y la excentricidad de la órbita.
y Resumen
En 1916, Arnold Sommerfeld, con la ayuda de la relatividad de Albert
Einstein, hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:
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23. Química ITA
Los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas circulares o
elípticas.
A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el
mismo nivel. El electrón es una corriente eléctrica minúscula.
En consecuencia el modelo atómico de Sommerfeld es una generalización
del modelo atómico de Bohr desde el punto de vista relativista, aunque no pudo
demostrar las formas de emisión de las órbitas elípticas, solo descartó su forma
circular.
1.4 Teoría Cuántica
Cuando un cuerpo es calentado emite radiación electromagnética en un
amplio rango de frecuencias.
El cuerpo negro (ideal) es aquel que además absorbe toda la radiación que
llega a él sin reflejarla, de tal forma que sólo emite la correspondiente a su
temperatura.
A fines del siglo XIX fue posible medir la radiación de un cuerpo negro con
mucha precisión. La intensidad de esta radiación puede en principio ser calculada
utilizando las leyes del electromagnetismo. El problema de principios del siglo XX
consistía en que si bien el espectro teórico y los resultados experimentales
coincidían para bajas frecuencias (infrarrojo), estos diferían radicalmente a altas
frecuencias. Este problema era conocido con el provocativo nombre de ³la
catástrofe ultravioleta´, ya que la predicción teórica diverge a infinito en ese límite.
Quien logró explicar este fenómeno fue Max Planck, en 1900, que debió
para ello sacrificar los conceptos básicos de la concepción ondulatoria de la
radiación electromagnética.
Para resolver la catástrofe era necesario aceptar que la radiación no es
emitida de manera continua sino en cuantos de energía discreta, a los que
llamamos fotones.
La energía de estos fotones es:
23

24. Química ITA
E (fotón) = h.Ȟ
Ȟ : Frecuencia de la radiación electromagnética (s-1)
h : constante de Planck
h = 6,62.10-27 erg.s
h = 6,62.10-34 J.s
Cuando la frecuencia de la radiación es baja el efecto de la discretización
se vuelve despreciable debido al minúsculo valor de la constante de Planck, y es
perfectamente posible pensar al sistema como continuo, tal como lo hace el
electromagnetismo clásico. Sin embargo, a frecuencias altas el efecto se vuelve
notable.
En 1905, Einstein utilizaría el concepto de fotón para explicar otro fenómeno
problemático en el marco de la física clásica, la generación de una corriente
eléctrica al aplicar luz monocromática sobre un circuito formado por chapas
metálicas, conocido como el efecto fotoeléctrico. Einstein obtendría tiempo
después el Premio Nobel por este importante hallazgo teórico.
1.4.1 Principio de dualidad. Postulado de Broglie.
Dualidad de la materia de Louis De Broglie ³La materia al igual que la luz,
presenta un carácter dual de onda y partícula´
La naturaleza de la luz no es fácilmente analizable a no ser que la
consideremos de tipo ondulatorio a fin de explicar ciertos fenómenos (como
reflexión, refracción, difracción, etc.) o de tipo corpuscular al pretender hacerlo con
otros (como el efecto fotoeléctrico, etc.), ¿es posible que las partículas tengan
también propiedades de onda?
En 1.924 Louis De Broglie extendió el carácter dual de la luz a los
electrones, protones, neutrones, átomos y moléculas, y en general a todas las
partículas materiales. Basándose en consideraciones relativistas y en la teoría
cuántica pensó que si la luz se comportaba como onda y como partícula la materia
debería poseer este carácter dual.
24

25. Química ITA
El movimiento de una partícula puede considerarse como el movimiento de
un paquete de ondas, algo así como la superposición de varias ondas de
longitudes de onda poco diferentes, cuyas oscilaciones se intensifican al máximo
en el punto del espacio ocupado por la partícula. No hay nada de imaginario en
estas ondas de materia, son tan reales como las ondas luminosas y las del sonido,
aunque no sean observables en todos los casos, como ocurre con las ondas
electromagnéticas, los aspectos ondulatorios y de partículas de los cuerpos en
movimiento nunca se pueden observar al mismo tiempo.
En ciertas situaciones una partícula en movimiento presenta propiedades
ondulatorias y en otras situaciones presenta propiedades de partícula.
1.4.2 Principio de incertidumbre de Heisenberg.
En mecánica cuántica, la relación de indeterminación de Heisenberg o
principio de incertidumbre establece el límite más allá del cual los conceptos de la
física clásica no pueden ser empleados. Sucintamente, afirma que no se puede
determinar, en términos de la física clásica, simultáneamente y con precisión
arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el
momento lineal (cantidad de movimiento) de un objeto dado. En otras palabras,
cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos
se conoce su cantidad de movimiento lineal y, por tanto, su velocidad. Esto implica
que las partículas, en su movimiento, no tienen asociada una trayectoria definida
como lo tienen en la física newtoniana. Este principio fue enunciado por Werner
Heisenberg en 1927.
Por motivos culturales y educativos, las personas se suelen enfrentar al
principio de incertidumbre por primera vez estando condicionadas por el
determinismo de la física clásica. En ella, la posición x de una partícula puede ser
definida como una función continua en el tiempo, x=x(t). Si la masa de esa
partícula es m y se mueve a velocidades suficientemente inferiores a la de la luz,
entonces el momento lineal de la partícula se define como masa por velocidad,
siendo la velocidad la primera derivada en el tiempo de la posición: p=m dx/dt.
Dicho esto, atendiendo a la explicación habitual del principio de
incertidumbre, podría resultar tentador creer que la relación de incertidumbre
simplemente establece una limitación sobre nuestra capacidad de medida que nos
impide conocer con precisión arbitraria la posición inicial x(0) y el momento lineal
inicial p(0). Ocurre que si pudiéramos conocer x(0) y p(0), entonces la física
25

26. Química ITA
clásica nos ofrecería la posición y la velocidad de la partícula en cualquier otro
instante; la solución general de las ecuaciones de movimiento dependerá
invariablemente de x(0) y p(0). Esto es, resolver las ecuaciones del movimiento
lleva a una familia o conjunto de trayectorias dependientes de x(0) y p(0); según
qué valor tomen x(0) y p(0), se tendrá una trayectoria dentro de esa familia u otra,
pero la propia resolución de las ecuaciones limita el número de trayectorias a un
conjunto determinado de ellas.
Gráfico del Principio de Indeterminación de Heisenberg.
1.4.3 Ecuación de onda de Schrödinger
La ecuación de Schrödinger fue desarrollada por el físico austríaco Erwin
Schrödinger en 1925. Describe la evolución temporal de una partícula masiva no
relativista. Es de importancia central en la teoría de la mecánica cuántica, donde
representa para las partículas microscópicas un papel análogo a la segunda ley de
Newton en la mecánica clásica. Las partículas microscópicas incluyen a las
partículas elementales, tales como electrones, así como sistemas de partículas,
tales como núcleos atómicos.
La comprobación experimental hecha por Clinton Davisson y Lester Germer
mostró que la longitud de onda asociada a los electrones medida en la difracción
según la fórmula de Bragg se correspondía con la longitud de onda predicha por la
fórmula de De Broglie.
Esa predicción llevó a Schrödinger a tratar de escribir una ecuación para la
onda asociada de De Broglie que para escalas macroscópicas se redujera a la
ecuación de la mecánica clásica de la partícula. La energía mecánica total clásica
es:
26

27. Química ITA
El éxito de la ecuación, deducida de esta expresión utilizando el principio de
correspondencia, fue inmediato por la evaluación de los niveles cuantificados de
energía del electrón en el átomo de hidrógeno, pues ello permitía explicar el
espectro de emisión del hidrógeno: series de Lyman, Balmer, Bracket, Paschen,
Pfund, etc.
La ecuación de Schrödinger es una ecuación no relativista que sólo puede
describir partículas cuyo momento lineal sea pequeño comparada con la energía
en reposo dividida de la velocidad de la luz.
Además la ecuación de Schrödinger no incorpora el espín de las partículas
adecuadamente. Pauli generalizó ligeramente la ecuación de Schrödinger al
introducir en ella términos que predecían correctamente el efecto del espín, la
ecuación resultante es la ecuación de Pauli.
Más tarde Dirac, proporcionó la ahora llamada ecuación de Dirac que no
sólo incorporaba el espín para fermiones de espín 1/2, sino que introducía los
efectos relativistas.
La ecuación de Schrödinger, al ser una ecuación vectorial, se puede
reescribir de manera equivalente en una base particular del espacio de estados. Si
se elige por ejemplo la base correspondiente a la representación de posición
definida por:
Los operadores que aparecen en la ecuación de Schrödinger son
operadores lineales; de lo que se deduce que toda combinación lineal de
soluciones es solución de la ecuación. Esto lleva a favorecer la búsqueda de
soluciones que tengan un gran interés teórico y práctico: a saber los estados que
son propios del operador hamiltoniano. Estos estados, denominados estados
estacionarios, son las soluciones de la ecuación de estados y valores propios,
denominada habitualmente ecuación de Schrödinger independiente del tiempo. El
estado propio está asociado al valor propio En, escalar real que corresponde
con la energía de la partícula en dicho estado.
27

28. Química ITA
1.4.3.1 Significado físico de la función de onda Ȍ²
La función de onda no implica que una partícula sea exactamente un
aglomerado o paquete de ondas sino esta tiene que ver con la probabilidad de la
posición de una partícula que está dada por las funciones de ondas.
Con la cual podemos calcular la probabilidad De si la partícula existe en
dicho espacio.
Esta interpretación probabilística de la función de onda es formulada y
propuesta por Bohr y es uno de los fundamentos de la mecánica cuántica.
El valor de la función de una onda asociado con una partícula en
movimiento está relacionado con la probabilidad de encontrar la partícula en el
mundo (x, y, z, en el instante de tiempo (t))
Por ejemplo:
En el campo eléctrico de una onda electro magnética una probabilidad
negativa o compleja es algo sin sentir esto significa que la función de onda no
va poder ser observada.
Sin embargo el modulo de la función de onda siempre es real y positivo (x)
esto se le conoce como la densidad de probabilidad, ahora si podemos dar una
interpretación física sobre este tema que es la probabilidad de encontrar una
partícula en el punto x, y, z. en el instante (t). Que es proporcional al cuadrado
De su función de onda /Ȍ/².
La función de onda presenta amplitud positiva y negativa aunque estos
signos de la amplitud no tienen un significado directo si resulta de gran
importancia cuando las funciones de onda se pueden relacionar.
Tenemos dos partículas y cada una tiene sus funciones de onda. Como
podemos ver las funciones de onda van a interaccionar en este caso la parte
positiva de las funciones se suman originando un aumento de amplitud y se
conoce este fenómeno como interferencia constructiva. (Ambas ondas deben
ser positivas)
Si las ondas presentan signos contrarios, la parte positiva será anulada
por la parte negativa dando lugar a un fenómeno llamado interferencia destructiva.
28

29. Química ITA
1.4.3.2 Números cuánticos y orbitales atómicos
Orbital atómico
Un orbital atómico es una determinada solución particular, espacial e
independiente del tiempo a la ecuación de Schrödinger para el caso de un electrón
sometido a un potencial coulombiano. La elección de tres números cuánticos en la
solución general señalan unívocamente a un estado monoelectrónico posible.
Estos tres números cuánticos hacen referencia a la energía total del
electrón, el momento angular orbital y la proyección del mismo sobre el eje z del
sistema del laboratorio y se denotan por:
El nombre de orbital también atiende a la función de onda en
representación de posición independiente del tiempo de un electrón en una
molécula. En este caso se utiliza el nombre orbital molecular.
La combinación de todos los orbitales atómicos dan lugar a la corteza
electrónica representado por el modelo de capas electrónico. Este último se ajusta
a los elemento según la configuración electrónica
El orbital es la
descripción ondulatoria del
tamaño, forma y orientación
de una región del espacio
disponible para un electrón.
Cada orbital con diferentes
valores de n presenta una
energía específica para el
estado del electrón.
Orbitales atómicos y moleculares. El esquema de la izquierda es la regla de
Madelung para determinar la secuencia energética de orbitales. El resultado es la
secuencia inferior de la imagen. Hay que tener en cuenta que los orbitales son
función de tres variables, la distancia al núcleo, r y dos ángulos. Las imágenes
sólo representan la componente angular del orbital.
29

30. Química ITA
Los números cuánticos
En el caso del átomo de hidrógeno, se puede resolver la ecuación de
Schrödinger de forma exacta, encontrando que las funciones de onda están
determinadas por los valores de tres números cuánticos n, l, ml, es decir, dicha
ecuación impone una serie de restricciones en el conjunto de soluciones que se
identifican con una serie de números cuánticos. Estas condiciones surgen a través
de las relaciones existentes entre estos números; no todos los valores son
posibles físicamente.
‡ El valor del número cuántico n (número cuántico principal, toma valores
1,2,3...) define el tamaño del orbital. Cuanto mayor sea, mayor será el volumen.
También es el que tiene mayor influencia en la energía del orbital.
‡ El valor del número cuántico l (número cuántico del momento angular)
indica la forma del orbital y el momento angular. El momento angular viene dado
por:
La notación (procedente de la espectroscopia) es la siguiente:
o Para l = 0, orbitales s
o Para l = 1, orbitales p
o Para l = 2, obitales d
o Para l = 3, orbitales f
o Para l = 4, orbitales g; siguiéndose ya el orden alfabético.
El nombre que se asigna a las distintas clases de orbitales se debe a su relación
con las líneas del espectro de un elemento (en inglés s sharp, p principal, d diffuse
y f fundamental y el resto de los nombres, a partir de aquí, siguen el orden
alfabético g, h).
‡ El valor de ml (número cuántico magnético) define la orientación espacial
del orbital frente a un campo magnético externo. Para la proyección del momento
angular frente al campo externo, se verifica:
30

31. Química ITA
Posteriormente se tuvo la necesidad de incluir ad hoc el espín del electrón, el cual
viene descrito por otros dos números cuánticos s y ms. En la mecánica cuántica
relativista el espín surge de forma espontánea y no hace falta introducirlo a mano.
‡ El valor de s (número cuántico de espín) para el electrón es 1/2, mientras
que ms puede tomar los valores +1/2 ó -1/2 (cuando no se tiene en cuenta el
espín se dice que el orbital es un orbital espacial mientras que si se considera el
espín, se denomina espín orbital).
1.5 Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos.
La configuración electrónica de un átomo informa cómo están distribuidos
los electrones entre los diversos orbitales atómicos. Se utilizarán los primeros diez
electrones (de hidrógeno al neón) para mostrar las reglas.
Básicas de escritura de las configuraciones electrónicas de los estados
fundamentales de los átomos. El número de electrones de un átomo neutro es
igual a su número atómico z.
La configuración electrónica se puede representar por un diagrama de
orbital que muestra el spin del electrón.
Donde la flecha hacia arriba indica uno de los dos posibles movimientos de
giro del electrón, la caja representa un orbital atómico.
1.5.1 Principio de Aufbau o de construcción.
El principio de Aufbau contiene
una serie de instrucciones relacionadas
a la ubicación de electrones en los
orbitales de un átomo. El modelo,
formulado por el erudito físico Niels
Bohr, recibió el nombre de Aufbau (del
alemán Aufbauprinzip: principio de
construcción) en vez del nombre del
científico. También se conoce
popularmente con el nombre de regla del
serrucho.
31

32. Química ITA
Los orbitales se 'llenan' respetando la regla de Hund, que dice que ningún
orbital puede tener dos electrones antes que los restantes orbitales de la misma
subcapa tengan al menos uno. Se comienza con el orbital de menor energía.
Primero debe llenarse el orbital 1s (hasta un máximo de dos electrones),
esto de acuerdo con el número cuántico l.
Seguido se llena el orbital 2s (también con dos electrones como máximo).
La subcapa 2p tiene tres orbitales degenerados en energía denominados, según
su posición tridimensional, 2px, 2py, 2pz. Así, los tres orbitales 2p puede llenarse
hasta con seis electrones, dos en cada uno. De nuevo, de acuerdo con la regla de
Hund, deben tener todos por lo menos un electrón antes de que alguno llegue a
tener dos.
Y así, sucesivamente:
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6
El principio de exclusión de Pauli nos advierte, además, que ningún electrón
en un átomo puede tener la misma combinación de números cuánticos como
descripción de su estado energético con macromoleculas de hidrogeno sin
embargo se planteo que el átomo era una partícula que no existió.
1.5.2 Principio de exclusión de Pauli.
El principio de exclusión de Pauli fue un principio cuántico enunciado por
Wolfgang Ernst Pauli en 1925. Establece que no puede haber dos fermiones con
todos sus números cuánticos idénticos (esto es, en el mismo estado cuántico de
partícula individual). Perdió la categoría de principio, pues deriva de supuestos
más generales: de hecho, es una consecuencia del teorema de la estadística del
spin.
El principio de exclusión de Pauli sólo se aplica a fermiones, esto es,
partículas que forman estados cuánticos anti simétricos y que tienen espín
semientero. Son fermiones, por ejemplo, los protones, los neutrones y los
electrones, los tres tipos de partículas subatómicas que constituyen la materia
ordinaria. El principio de exclusión de Pauli rige, así pues, muchas de las
características distintivas de la materia. En cambio, partículas como el fotón y el
(hipotético) gravitón no obedecen a este principio, ya que son bosones, esto es,
forman estados cuánticos simétricos y tienen espín entero. Como consecuencia,
una multitud de fotones puede estar en un mismo estado cuántico de partícula,
como en los láseres.
32

33. Química ITA
"Dos electrones en la corteza de un átomo no pueden tener al mismo
tiempo los mismos números cuánticos".
Es sencillo derivar el principio de Pauli, basándonos en el artículo de
partículas idénticas. Los fermiones de la misma especie forman sistemas con
estados totalmente anti simétricos, lo que para el caso de dos partículas significa
que:
(La permutación de una partícula por otra invierte el signo de la función que
describe al sistema). Si las dos partículas ocupan el mismo estado cuántico |ȥ>, el
estado del sistema completo es |ȥȥ>. Entonces,
Así que el estado no puede darse. Esto se puede generalizar al caso de
más de dos partículas.
Consecuencias:
El principio de exclusión de Pauli interpreta un papel importante en un vasto
número de fenómenos físicos. Uno de los más importantes es la configuración
electrónica de los átomos. Un átomo eléctricamente neutro aloja a un número de
electrones igual al número de protones en su núcleo. Como los electrones son
fermiones, el principio de exclusión les prohíbe ocupar el mismo estado cuántico,
así que tienen que ir ocupando sucesivas capas electrónicas.
Como ejemplo, es ilustrativo considerar un átomo neutro de helio, que tiene
dos electrones ligados. Estos dos electrones pueden ocupar los estados de
mínima energía (1s), si presentan diferente espín. Esto no viola el principio de
Pauli, porque el espín es parte del estado cuántico del electrón, así que los dos
electrones están ocupando diferentes estados cuánticos (Espínorbital). Sin
embargo, el espín sólo puede tomar dos valores propios diferentes (o, dicho de
otra forma, la función que describe al sistema sólo puede tener dos estados
diferentes que sean propios del operador espín ). En un átomo de litio, que
contiene tres electrones ligados, el tercer electrón no puede entrar en un estado
1s, y tiene que ocupar uno de los estados 2s (de energía superior). De forma
análoga, elementos sucesivos producen capas de energías más y más altas. Las
propiedades químicas de un elemento dependen decisivamente del número de
electrones en su capa externa, lo que lleva a la tabla periódica de los elementos.
El principio de Pauli también es responsable de la estabilidad a gran escala
de la materia. Las moléculas no pueden aproximarse arbitrariamente entre sí,
33

34. Química ITA
porque los electrones ligados a cada molécula no pueden entrar en el mismo
estado que los electrones de las moléculas vecinas. Este es el principio que hay
tras el término de repulsión r-12 en el Potencial de Lennard-Jones.
En la astronomía se encuentran algunas de las demostraciones más
espectaculares de este efecto, en la forma de enanas blancas y estrellas de
neutrones. En ambos objetos, las estructuras atómicas usuales han sido
destruidas por la acción de fuerzas gravitacionales muy intensas. Sus
constituyentes sólo se sustentan por la "presión de degeneración" (que les prohíbe
estar en un mismo estado cuántico). Este estado exótico de la materia se conoce
como materia degenerada. En las enanas blancas, los átomos se mantienen
apartados por la presión de degeneración de los electrones. En las estrellas de
neutrones, que presentan fuerzas gravitacionales aún mayores, los electrones se
han fusionado con los protones para producir neutrones, que tienen una presión
de degeneración mayor.
Otro fenómeno físico del que es responsable el principio de Pauli es el
ferromagnetismo, en el que el principio de exclusión implica una energía de
intercambio que induce al alineamiento paralelo de electrones vecinos (que
clásicamente se alinearían antipara lelamente).
1.5.3 Principio de máxima multiplicidad de Hund.
Si dos o más electrones de un mismo átomo tienen los mismos valores en
sus números cuánticos principales ( n ) y en sus números cuánticos secundarios ( l
) , entonces tendrán iguales valores de spin ( s ) siempre y cuando no se trasgreda
el principio de exclusión (de Pauli).
Por ejemplo al distribuir los electrones por niveles, un mismo espacio de
orbital tiene una flecha hacia arriba y hacia abajo .La representación se llama
configuración electrónica desarrollada, donde cada flecha indica un electrón,
(+1/2) y ¯ (-1/2).
Cuando se realiza el llenado electrónico primero se llena el orbital "s" y se
continúa con el siguiente orbital del mismo nivel. Los electrones se acomodan de
uno en uno hasta llenar todos los espacios de ese orbital , colocando el electrón
con el mismo spin (flecha hacia arriba) y se regresa con el primer espacio
colocando la flecha en sentido contrario para empezar a llenar en el mismo orden
todos los espacios.
34

35. Química ITA
1.5.4 Configuración electrónica de los elementos
En física y química, la configuración electrónica es la manera en la cual los
electrones se estructuran en un átomo, molécula o en otra estructura física, de
acuerdo con el modelo de capas electrónico, en el cual la función de onda del
sistema se expresa como un producto de orbitales antisimetrizado.Cualquier
conjunto de electrones en un mismo estado cuántico deben cumplir el principio de
exclusión de Pauli al ser partículas idénticas. Por ser fermiones (partículas de
espín semientero) el principio de exclusión de Pauli nos dice que la función de
onda total (conjunto de electrones) debe ser antisimétrica. Por lo tanto, en el
momento en que un estado cuántico es ocupado por un electrón, el siguiente
electrón debe ocupar un estado cuántico diferente.
1.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Sím
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero bolo
1 H Hidrógeno 1
2 He Helio 2
2.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Símb
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero olo
3 Li Litio 2 1
4 Be Berilio 2 2
5 B Boro 2 2 1
6 C Carbono 2 2 2
7 N Nitrógeno 2 2 3
8 O Oxígeno 2 2 4
9 F Flúor 2 2 5
10 Ne Neón 2 2 6
35

36. Química ITA
3.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Símb
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero olo
11 Na Sodio 2 2 6 1
12 Mg Magnesio 2 2 6 2
13 Al Aluminio 2 2 6 2 1
14 Si Silicio 2 2 6 2 2
15 P Fósforo 2 2 6 2 3
16 S Azufre 2 2 6 2 4
17 Cl Cloro 2 2 6 2 5
18 Ar Argón 2 2 6 2 6
4.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Símb
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero olo
19 K Potasio 2 2 6 2 6 .. 1
20 Ca Calcio 2 2 6 2 6 .. 2
21 Sc Escandio 2 2 6 2 6 1 2
22 Ti Titanio 2 2 6 2 6 2 2
23 V Vanadio 2 2 6 2 6 3 2
24 Cr Cromo 2 2 6 2 6 5 1
25 Mn Manganeso 2 2 6 2 6 5 2
26 Fe Hierro 2 2 6 2 6 6 2
27 Co Cobalto 2 2 6 2 6 7 2
28 Ni Niquel 2 2 6 2 6 8 2
36

37. Química ITA
29 Cu Cobre 2 2 6 2 6 10 1
30 Zn Cinc 2 2 6 2 6 10 2
31 Ga Galio 2 2 6 2 6 10 2 1
32 Ge Germanio 2 2 6 2 6 10 2 2
33 As Arsénico 2 2 6 2 6 10 2 3
34 Se Selenio 2 2 6 2 6 10 2 4
35 Br Bromo 2 2 6 2 6 10 2 5
36 Kr Kriptón 2 2 6 2 6 10 2 6
5.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Símb
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero olo
37 Rb Rubidio 2 2 6 2 6 10 2 6 .. .. 1
38 Sr Estroncio 2 2 6 2 6 10 2 6 .. .. 2
39 Y Ytrio 2 2 6 2 6 10 2 6 1 .. 2
40 Zr Circonio 2 2 6 2 6 10 2 6 2 .. 2
41 Nb Niobio 2 2 6 2 6 10 2 6 4 .. 1
42 Mo Molibdeno 2 2 6 2 6 10 2 6 5 .. 1
43 Tc Tecnecio 2 2 6 2 6 10 2 6 6 .. 1
44 Ru Rutenio 2 2 6 2 6 10 2 6 7 .. 1
45 Rh Rodio 2 2 6 2 6 10 2 6 8 .. 1
46 Pd Paladio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. ..
47 Ag Plata 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 1
48 Cd Cadmio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2
49 In Indio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 1
50 Sn Estaño 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 2
37

38. Química ITA
51 Sb Antimonio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 3
52 Te Teluro 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 4
53 I Yodo 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 5
54 Xe Xenón 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 6
6.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Símb
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero olo
55 Cs Cesio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 6 .. .. 1
56 Ba Bario 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 6 .. .. 2
57 La Lantano 2 2 6 2 6 10 2 6 10 .. 2 6 1 .. 2
58 Ce Cerio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 6 .. .. 2
59 Pr Praseodimio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 3 2 6 .. .. 2
60 Nd Neodimio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 4 2 6 .. .. 2
61 Pm Prometio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 5 2 6 .. .. 2
62 Sm Samario 2 2 6 2 6 10 2 6 10 6 2 6 .. .. 2
63 Eu Europio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 .. .. 2
64 Gd Gadolinio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 1 .. 2
65 Tb Terbio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 9 2 6 .. .. 2
66 Dy Disprosio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 10 2 6 .. .. 2
67 Ho Holmio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 11 2 6 .. .. 2
68 Er Erbio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 12 2 6 .. .. 2
69 Tm Tulio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 13 2 6 .. .. 2
70 Yb Yterbio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 .. .. 2
71 Lu Lutecio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 1 .. 2
72 Hf Hafnio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 .. 2
38

39. Química ITA
73 Ta Tántalo 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 3 .. 2
74 W Wolframio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 4 .. 2
75 Re Renio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 5 .. 2
76 Os Osmio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 6 .. 2
77 Ir Iridio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 7 .. 2
78 Pt Platino 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 9 .. 1
79 Au Oro 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 1
80 Hg Mercurio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2
81 Tl Talio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 1
82 Pb Plomo 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 2
83 Bi Bismuto 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 3
84 Po Polonio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 4
85 At Astato 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 5
86 Rn Radón 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 6
7.
Perio K L M N O P Q
do
Núm Símb
Nombre 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p
ero olo
87 Fr Francio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 6 .. .. 1
88 Ra Radio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 6 .. .. 2
89 Ac Actinio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 6 1 .. 2
90 Th Torio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 .. 2 6 2 .. 2
91 Pa Protactinio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2 6 1 .. 2
92 U Uranio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 3 2 6 1 .. 2
93 Np Neptunio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 4 2 6 1 .. 2
94 Pu Plutonio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 6 2 6 .. .. 2
39

40. Química ITA
95 Am Americio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 .. .. 2
96 Cm Curio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 1 .. 2
97 Bk Berkelio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 9 2 6 .. .. 2
98 Cf Californio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 10 2 6 .. .. 2
99 Es Einsteinio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 11 2 6 .. .. 2
100 Fm Fermio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 12 2 6 .. .. 2
101 Md Mendelevio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 13 2 6 .. .. 2
102 No Nobelio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 .. .. 2
103 Lr Lawrencio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 1 .. 2
104 Rf Rutherfordio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 2 .. 2
105 Db Dubnio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 3 .. 2
106 Sg Seaborgio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 4 .. 2
107 Bh Bohrio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 5 .. 2
108 Hs Hassio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 6 .. 2
109 Mt Meitnerio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 7 .. 2
110 Ds Darmstadtio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 9 .. 1
111 Rg Roentgenio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 10 .. 1
112 Cn Copernicio 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 10 .. 2
1.5.5 Principios de Radiactividad.
Una serie de descubrimientos importantes realizados hacia finales del siglo
XIX dejó claro que el átomo no era una partícula sólida de materia e indivisible. En
1895, el científico alemán Wilhelm Conrad Roentgen anunció el descubrimiento de
los rayos X, que pueden atravesar láminas finas de plomo. En 1897, el físico
inglés Joseph J. Thomson descubrió el electrón, una partícula con una masa muy
inferior a la de cualquier átomo. Y, en 1896, el físico francés Antoine Henri
Becquerel comprobó que determinadas sustancias, como las sales de uranio,
generaban rayos penetrantes de origen misterioso. El matrimonio de científicos
40

41. Química ITA
franceses formado por Marie y Pierre Curie aportó una contribución adicional a la
comprensión de esas sustancias ³radiactivas´. Como resultado de las
investigaciones del físico británico Ernest Rutherford y sus coetáneos, se
demostró que el uranio y algunos otros elementos pesados, como el torio o el
radio, emiten tres clases diferentes de radiación, inicialmente denominadas rayos
alfa (a), beta (_) y gamma (g). Las dos primeras, que según se averiguó están
formadas por partículas eléctricamente cargadas, se denominan actualmente
partículas alfa y beta. Más tarde se comprobó que las partículas alfa son núcleos
de helio (ver más abajo) y las partículas beta son electrones. Estaba claro que el
átomo se componía de partes más pequeñas. Los rayos gamma fueron finalmente
identificados como ondas electromagnéticas, similares a los rayos X pero con
menor longitud de onda.
1.6 Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los
átomos.
Los diferentes isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades
químicas. El reemplazo de uno por otro en una molécula no modifica, por
consiguiente, la función de la misma. Sin embargo, la radiación emitida permite
detectarla, localizarla, seguir su movimiento e, incluso, dosificarla a distancia. El
trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de
todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero. En biología, numerosos
adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están
vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma
(soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de
mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo.
Los isótopos radioactivos se utilizan en la medicina nuclear, principalmente
en las imágenes médicas, para estudiar el modo de acción de los medicamentos,
entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardiaca, descubrir
las metástasis cancerosas.
Las radiaciones y la radioterapia
Las radiaciones ionizantes pueden destruir preferentemente las células
tumorales y constituyen una terapéutica eficaz contra el cáncer, la radioterapia,
que fue una de las primeras aplicaciones del descubrimiento de la radioactividad.
En Francia, entre el 40 y el 50% de los cánceres se tratan por radioterapia,
a menudo asociada a la quimioterapia o la cirugía. La radioactividad permite curar
un gran número de personas cada año.
Diferentes formas de radioterapia:
41

42. Química ITA
La curioterapia, utiliza pequeñas fuentes radioactivas (hilos de platino -
iridio, granos de cesio) colocados cerca del tumor.
La tele radioterapia, consiste en concentrar en los tumores la radiación
emitida por una fuente exterior.
La inmunorradioterapia, utiliza vectores radio marcados cuyos isótopos
reconocen específicamente los tumores a los que se fijan para destruirlos.
La esterilización
La irradiación es un medio privilegiado para destruir en frío los
microorganismos: hongos, bacterias, virus« Por esta razón, existen numerosas
aplicaciones para la esterilización de los objetos, especialmente para el material
médico-quirúrgico.
La protección de las obras de arte
El tratamiento mediante rayos gamma permite eliminar los hongos, larvas,
insectos o bacterias alojados en el interior de los objetos a fin de protegerlos de la
degradación. Esta técnica se utiliza en el tratamiento de conservación y de
restauración de objetos de arte, de etnología, de arqueología.
La elaboración de materiales
La irradiación provoca, en determinadas condiciones, reacciones químicas
que permiten la elaboración de materiales más ligeros y más resistentes, como
aislantes, cables eléctricos, envolventes termo retractables, prótesis, etc.
La radiografía industrial X o g
Consiste en registrar la imagen de la perturbación de un haz de rayos X o g
provocada por un objeto. Permite localizar los fallos, por ejemplo, en las
soldaduras, sin destruir los materiales.
Los detectores de fugas y los indicadores de nivel
La introducción de un radioelemento en un circuito permite seguir los
desplazamientos de un fluido, detectar fugas en las presas o canalizaciones
subterráneas.
El nivel de un líquido dentro de un depósito, el espesor de una chapa o de
un cartón en curso de su fabricación, la densidad de un producto químico dentro
de una cuba« pueden conocerse utilizando indicadores radioactivos.
42

43. Química ITA
Los detectores de incendio
Una pequeña fuente radioactiva ioniza los átomos de oxígeno y de
nitrógeno contenidos en un volumen reducido de aire. La llegada de partículas de
humo modifica esta ionización. Por esta razón se realizan y se utilizan en los
comercios, fábricas, despachos« detectores radioactivos sensibles a cantidades
de humo muy pequeñas.
Las pinturas luminiscentes
Se trata de las aplicaciones más antiguas de la radioactividad para la
lectura de los cuadrantes de los relojes y de los tableros de instrumentos para la
conducción de noche.
La alimentación de energía de los satélites
Las baterías eléctricas funcionan gracias a pequeñas fuentes radioactivas
con plutonio 239, cobalto 60 o estroncio 90. Estas baterías se montan en los
satélites para su alimentación energética. Son de tamaño muy reducido y pueden
funcionar sin ninguna operación de mantenimiento durante años.
La producción de electricidad
Las reacciones en cadena de fisión del uranio se utilizan en las centrales
nucleares que, en Francia, producen más del 75% de la electricidad.
43

44. Química ITA
Linkografia
1.1 El átomo y sus partículas subatómicas
www.mitecnologico.com/.../ElAtomoYSusParticulasSubatomicas
www.proyectosalonhogar.com/.../El_atomo.htm
www.quimicaweb.net/grupo_trabajo.../index4.htm
1.1.1 Rayos Catódicos y Rayos anódicos
https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r64145.DOC
www.mitecnologico.com/.../RayosCatodicosYRayosAnodicos
es.wikipedia.org/wiki/Rayo_anódico
1.1.2 Radiactividad
es.wikipedia.org/wiki/Radiactividad
thales.cica.es/rd/Recursos/.../radiactividad.html
1.2 Base experimental de la teoría cuántica.
http://www.mitecnologico.com/Main/BaseExperimentalTeoriaCuantica
1.2.1 Teoría ondulatoria de la luz.
http://www.mitecnologico.com/iem/Main/TeoriaOndulatoriaDeLaLuz
1.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck.
http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negro
http://www.mitecnologico.com/Main/TeoriaDePlanck
1.2.3 Efecto fotoeléctrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico
1.2.4 Espectros de emisión y series espectrales
http://www.mitecnologico.com/iem/Main/EspectrosDeEmisionYSeriesEspectrales
44

45. Química ITA
1.3 Teoría atómica de Bohr
http://es.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr
1.3.1 Teoría atómica de Bohr-Sommerfeld
www.hiru.com/.../el-modelo-atomico-de-bohr-sommerfeld
es.wikipedia.org/.../Modelo_atómico_de_Sommerfeld
1.4 Teoría cuántica
labquimica.wordpress.com/2010/.../la-teora-cuntica/
www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=4279
1.4.1 Principio de dualidad. Postulado de De Broglie
www.mitecnologico.com/.../PrincipioDeDualidadPostuladoDeBroglie
1.4.2 Principio de incertidumbre de Heisenberg
http://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_indeterminaci%C3%B3n_de_Heis
enberg
1.4.3 Ecuación de onda de Schrödinger.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Schr%C3%B6dinger
1.4.3.1 Significado físico de la función de onda Ȍ².
http://www.buenastareas.com/ensayos/Significado-Fisico-De-La-Funcion-
De/1085651.html
1.4.3.2 Números cuánticos y orbitales atómicos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3mico
1.5 Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos.
http://www.mitecnologico.com/Main/DistribucionElectronicaEnSistemasPolielectron
icos
1.5.1 Principio de Aufbau o de construcción.
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Aufbau
45

46. Química ITA
http://www.mitecnologico.com/Main/PrincipioDeAufbau
1.5.2 Principio de exclusión de Pauli.
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Pauli
http://www.mitecnologico.com/Main/PrincipioDeExclusionDePauli
1.5.3 Principio de máxima multiplicidad de Hund.
es.wikipedia.org/wiki/Regla_de_Hund
www.scribd.com/.../Principio-de-maxima-multiplicidad-de-Hund
1.5.4 Configuración electrónica de los elementos.
es.wikipedia.org/wiki/Configuración_electrónica
www.educaplus.org/play-73-Configuración-electrónica.html
1.5.5 Principios de Radiactividad.
www.mitecnologico.com/.../PrincipiosDeRadioactividad
1.6 Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos.
http://www.mitecnologico.com/Main/AplicacionesTecnologicasDeEmisionElectronic
aDeLosAtomos
46