2. Química 110
Unidad III: Teoría Cuántica y
Estructura Electrónica de los Átomos

3. Introdución
Los microscopios de luz Natural pueden magnificar objetos hasta unas 1,500
veces su tamaño normal. Los microscopios electrónicos pueden magnificar un
objeto hasta unas 1,000,000 veces. Por qué pueden los microscopios electrónicos
magnificar una imagen tantas veces?
La resolución de un microscopio depende de la longitudes de onda de la luz
utilizada. A menor longitud de onda, mayor capacidad de magnificación. La luz es
una onda y, como tal, tiene una longitud de onda asociada a ella. La longitud de
onda de la luz visible, o sea la que puede ser detectada por el ojo, varía de 700
nm a 400 nm.
Uno de los más grandes descubrimientos de la ciencia moderna es haber llegado
a la conclusión que los electrones también se comportan como ondas. Sin
embargo, la longitud de ondas de los electrones es mucho, muchísimo más corta,
alrededor de 0.5 a 1 nm. Esto permite a los microscopios electrónicos magnificar
entre 600–700 veces más que los microscopios eléctricos. Esto nos permite ver
cosas aún más pequeñas en un mundo que es invisible al ojo humano.

4. Introdución
(a) Un microscopio de luz natural puede magnificar hasta 1,500 veces. (b) Un
microscopio electrónico puede magnificar hasta 1,000,000 veces. (c) El virus de la
gripe en una imagen de un microscopio electrónico. El virus tiene un diámetro de
100 nm.
© Thinkstock

5. Enigmas del Átomo
• El modelo de Rutherford no explica como los
electrones se mantienen alrededor del núcleo.
• Por qué no son atraídos hacia el núcleo.
• El comportamiento químico de algunos
elementos que reaccionan violentamente.
• Algunos elementos emiten luz visible al ser
calentados por una llama.
El comportamiento químico está determinado
por la distribución electrónica del átomo.

6. Naturaleza Dual de la Luz
• Por qué los objetos calentados emiten sólo
ciertas frecuencias de luz?
• Por qué los metales emiten luz cuando cierta
específica frecuencia los impacta.

7. Naturaleza Dual de la Luz
La longitud de onda emitida al calentar un metal, como el hierro mostrado,
depende de la temperatura. A la temperatura ambiente el hierro es gris.
Cuando se calienta, primero se torna rojo y luego anaranjado brillante.

8. Naturaleza Dual de la Luz
El efecto fotoeléctrico
ocurre cuando una luz a
determinada frecuencia choca
en la superficie metálica
desprendiendo electrones.
Cuando la intensidad de la luz
aumenta el número de
electrones desprendidos
aumenta. Cuando la frecuencia
de la luz aumenta también lo
hace la energía de los
electrones desprendidos.
Este efecto es la base de las
celdas fotovoltaicas que
convierten la energía de luz en
energía eléctrica.

9. Naturaleza Dual de la Luz
• El modelo de ondas predice que dado suficiente
tiempo, aún una luz con baja frecuencia y energía
acumularía suficiente energía para extraer foto-
electrones de la superficie metálica. En la
realidad esto no es cierto. Por ejemplo, no
importa por cuanto tiempo ni que tan brillante
sea una luz si su frecuencia es menor de 1.14
x1015 Hz, no extrae foto-electrones de la plata.
Pero aún la luz más tenue con igual o superior
frecuencia extraerá los fotones de la plata.

10. Naturaleza Dual de la Luz
• Para explicar el efecto fotoeléctrico, Albert
Einstein propuso en 1905 la naturaleza dual de
la luz. Un has de luz tiene propiedades de
ondas y de partículas. La luz es un chorro de
paquetes de energía llamados fotones.
Ratificando la idea de Planck. Einstein ganó el
premio nobel de Física en 1921 por este
trabajo.

12. La Luz
Objetivos
•Describir la luz en función de su longitud de
onda y su frecuencia.
•Describir la luz cómo una partícula de energía.
La Luz es una onda de radiación electromagnética.
Longitud (ʎ) es la distancia más corta entre puntos
equivalentes de una onda continua.
Frecuencia (ν) número de ondas que pasan por un
punto dado en un segundo.

13. La Luz

14. La Luz
(a) Longitud de onda (λ), frecuencia (ν,
Hz), y amplitud son características de una
onda. (b) La onda con la menor longitud
tiene la mayor frecuencia ( longitudes por
unidad de tiempo). Dos ondas con la
misma frecuencia y longitud, la que tenga
mayor amplitud tendrá más energía.

15. La Luz
• Una propiedad de ondas es que su velocidad
es igual a su longitud por su frecuencia.
V = ʎν
• La velocidad de la luz (c ) fue medida y es
alrededor de 3.00 x 108 m/s como es
constante, indica que la longitud de onda y la
frecuencia de la luz están relacionadas.
C = ʎν

16. La Luz
Ejemplo
1. Cuál es la frecuencia de la luz si su longitud es 55 × 10−7 m?

17. La Luz
Ejemplo
1. Cuál es la frecuencia de la luz si su longitud es 55 × 10−7 m?
Solución:
C = ʎν ν = c/ʎ
ν = (3.00 X 108 m/s)/55 × 10−7 m
ν = 5.41×1014 s−1 ν = 5.41×1014 Hertz

18. La Luz
Ejemplo
2. Cuál es la longitud de la luz cuya frecuencia es 1.55 × 1010 s−1?

19. La Luz
Ejemplo
2. Cuál es la longitud de la luz cuya frecuencia es 1.55 × 1010 s−1?
Solución:
C =ʎν ʎ = c/ν ʎ = (3.00 X 108 m/s)/1.55 × 1010 s−1 ʎ = 0.0194 m,
ó 19.4 mm

20. La Luz
• La luz se comporta como paquetes de energía
que son proporcionales a su frecuencia.
E = hν
– E: energía
– ν: frecuencia
– h: constante de Planck h = 6.626 × 10−34 J·s
• La constante de Planck es una de las
constantes universales, al igual que la
velocidad de la luz.

21. La Luz
Ejemplo
1. Cuál es la energía de la luz cuya frecuencia es 1.55 ×
1010 s−1?

22. La Luz
Ejemplo
1. Cuál es la energía de la luz cuya frecuencia es 1.55 ×
1010 s−1?
Solución:
E = hν
E = (6.626 × 10−34 J·s)(1.55 × 1010 s−1 )
E = 1.03 × 10−23 J

23. La Luz
Ejemplo
2. Cuál es la frecuencia de la luz cuya energía es 4.156
× 10−20 J?

24. La Luz
Ejemplo
2. Cuál es la frecuencia de la luz cuya energía es 4.156 × 10−20 J?
Solución:
ν = E/h
ν = 4.156 × 10−20 J / 6.626 × 10−34 J·s
ν = 6.27 × 1013 s−1

25. La Luz
• Fotón nombre de la onda de luz que actúa como
partícula.
• Espectro Electromagnético todos los posibles
valores de frecuencia, longitud y energía que pueda
tener una onda de luz.

26. La Luz
Este diagrama muestra los rangos de longitud y frecuencia del espectro de
radiación electromagnética. La porción visible del espectro electromagnético es
la delgada región con longitud de ondas entre 400 y 700 nm.

27. La Luz
• Cuál de
Autoevaluación
1. Cuál de los siguientes usa el efecto fotoeléctrico?
a. Baterías solares
b. Baterías de hidrógeno
c. Baterías alcalinas
d. Motores diesel

28. La Luz
• Cuál de
Autoevaluación
2. Cuál es la energía de un fotón de luz de una emisión de
hidrógeno de 656 nm? Use h= 6.626 x 10-34 J·s y c = 3.00 x 108
m/s
a. 1.30 x 10-31 J
b. 1.45 x 10-48 J
c. 3.30 x 1018 J
d. 3.03 x 10-19 J

29. La Luz
• Cuál de
Autoevaluación
3. Cuál de los fotones de las siguientes ondas electromagnéticas
tiene mayor energía?
a. Microondas
b. Infrarrojos
c. Rayos X
d. Ultravioletas

30. La Luz
• Cuál de
Autoevaluación
4. Cuál es la longitud de onda de la radio cuya frecuencia es
3.75 x 107 Hz?
a. 0.08 m
b. 0.8 m
c. 8.0 m
d. 80 m

31. La Luz
• Cuál de
Autoevaluación
5. La longitud de una onda se mide:
a. De cresta a cresta.
b. De la cresta a la mayor depresión.
c. Del origen a la cresta.
d. Del origen a la mayor depresión.

32. La Luz
Resumiendo
•La luz actúa como onda con longitud y
frecuencia.
•La longitud y la frecuencia de la luz están
relacionadas mediante la velocidad de la luz que
es una constante.
•La luz actúa como partícula de energía, cuyo
valor es proporcional a la frecuencia.
https://docs.google.com/open?id=0B7wi6BCSEa7yd3FEWFRfWlJzZTg