1. Aplicando la ecuación de ondas electromagnéticas: f = c / λ Donde: c = 3x10^8 m/s (velocidad de la luz) λ = 522 nm = 522x10^-9 m Sustituyendo: f = (3x10^8 m/s) / (522x10^-9 m) = 5.75x10^14 Hz 2. Aplicando la ecuación de ondas electromagnéticas: λ = c / f Donde: c = 3x10^8 m/s f = 3.64

1. Unidad: Teoría cuántica y estructura
atómica.

2. 1.1 El átomo
y sus
partículas
subatómicas.
• Alrededor del año 400 a. C., los filósofos
griegos Demócrito y Leucipo fueron los
primeros en introducir la palabra átomo, que
se refería a una porción indivisible de la
materia.
• Si bien la idea no fue aceptada por muchos
filósofos de su época (notablemente Platón
y Aristóteles), de alguna manera esto
perduró.

3. Resumiendo la filosofía atómica antigua:
1. Todas las cosas están compuestas de átomos solidos.
2. Existe vacuidad entre los átomos.
3. Los átomos son eternos.
4. Los átomos, por ser demasiado pequeños, no son visibles.
5. Los átomos son indivisibles, homogéneos e incomprensibles.
6. Los átomos difiere uno de otro por su forma, tamaño y distribución
geométrica.
7. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los
átomos.

4. Teoría
atómica de
Dalton.
Fue en 1808 cuando el científico y
profesor inglés John Dalton, formuló
una definición precisa de los
componentes estructurales indivisibles
de la materia llamados átomos.
La teoría atómica de Dalton marca el
principio de la era moderna de la
química.

5. • Las hipótesis acerca de la naturaleza de la materia en las que Dalton basó
su teoría se pueden resumir en:
1. Los elementos están formados por partículas extremadamente
pequeñas, llamadas átomos.
2. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos en tamaño,
masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento difieren
de los átomos de todos los demás elementos.

6. 3. Los compuestos están formados por átomos de más de un elemento. En
cualquier compuesto la relación del número de átomos entre dos de los
elementos presentes es un número entero o una fracción simple.
4. Una reacción química implica sólo una separación, combinación o
reordenación de los átomos; nunca se crean ni se destruyen.
Figura 1. (a) De acuerdo con la teoría de Dalton, los átomos de un mismo elemento son idénticos, pero los átomos de un elemento son diferentes
a los átomos de otros elementos. (b) Compuesto formado por átomos de los elementos X e Y. En este caso, la relación de átomos del elemento X y
átomos del elemento Y es 2:1.

7. 1.1.1 Rayos catódicos y Rayos anódicos.
• Alrededor de 1890 muchos científicos estaban interesados en el estudio
de la radiación, la emisión y transmisión de la energía a través del
espacio en forma de ondas.
• La información obtenida por estas investigaciones contribuyó al
conocimiento de la estructura atómica. Para investigar sobre este
fenómeno se utilizó un tubo de rayos catódicos, precursor de los tubos
utilizados en los televisores (Figura 2).

9. • Debido a que los rayos catódicos son
atraídos por la placa con carga positivo
y repelidos por la placa con carga
negativa, deben ser partículas con
carga negativa. Actualmente, estas
partículas con carga negativa se
conocen como electrones. La Figura 3
se muestra el efecto de un imán sobre
los rayos catódicos.
Figura 3 (a) Rayos catódicos producidos en un tubo de descarga moviéndose desde el cátodo (izquierda) al
ánodo (derecha). (b) Los rayos catódicos son inclinados hacia abajo cuando el polo norte de una barra
magnética es atraído hacia éste.

10. • El físico inglés J. J. Thomson utilizó un tubo de rayos catódicos determino
la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón. El número
que él obtuvo es−1.76 𝑥 108 C/g, donde C es la unidad de carga eléctrica,
en coulombs.
• Millikan llevó a cabo una serie de experimentos y encontró que la carga
de un electrón es de −1.6022 𝑥 10−19 C. A partir de estos datos, calculó la
masa de un electrón:
• 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟ó𝑛 =
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑐𝑎𝑟𝑎𝑔𝑎
𝑚𝑎𝑠𝑎
=
−1.76 𝑥108 𝐶/𝑔
−1.6022𝑥10−19 𝐶
= 9.10 𝑥10−28 𝑔

11. Rayos anódicos
Si los electrones son partículas negativas y la materia es
eléctricamente neutra, deben existir partículas con carga eléctrica
positiva que neutralicen los electrones de los átomos. Partiendo de
esta premisa, se realizaron diversas experiencias con el objetivo de
encontrarlas.

12. • En 1886, Eugen Goldstein (1850-
1931) utilizó un tubo de descarga
similar al de Crookes, pero en el
que había perforado el cátodo,
realizando unos agujeros en él
figura 4. Determino partículas con
carga positiva.
• El descubrimiento del protón dentro
del núcleo atómico fue realizado por
Ernest Rutherford en 1910.
En otros experimentos se encontró que los protones
tienen la misma cantidad de carga que los
electrones y que su masa es de 1.67262 × 10−24g,
aproximadamente 1 840 veces la masa del electrón
con carga opuesta.

13. Radiactividad
• En 1895, el físico alemán Wilhelm Röntgen observó que cuando los
rayos catódicos incidían sobre el vidrio y los metales, hacían que éstos
emitieran unos rayos desconocidos.
• Estos rayos muy energéticos eran capaces de atravesar la materia,
oscurecían las placas fotográficas, incluso cubiertas, y producían
fluorescencia en algunas sustancias.
• Röntgen les dio el nombre de rayos X ,por su naturaleza desconocida.

14. • Poco después del descubrimiento de Röntgen, Antoine Becquerel,
profesor de física en París, empezó a estudiar las propiedades
fluorescentes de las sustancias.
• Marie Curie,discípula de Becquerel, sugirió el nombre de radiactividad
para describir esta emisión espontanea de partículas o radiación. Desde
entonces se dice que un elemento es radiactivo si emite radiación de
manera espontánea.

15. La desintegración o descomposición de
las sustancias radiactivas, como el
uranio, produce tres tipos de rayos
diferentes:
• Rayos alfa (𝛼) consta de partículas
cargadas positivamente.
• Rayos beta ( 𝛽) consta de
electrones.
• Rayos gamma (𝛾) rayos de alta
energía sin carga eléctrica.

16. EL neutrón
• El modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema
sin resolver. El hidrógeno, el átomo más sencillo, contiene sólo un protón, y que
el átomo de helio contiene dos protones. Por lo tanto, la relación entre la masa
de un átomo de helio y un átomo de hidrógeno debería ser 2:1. (Debido a que los
electrones son mucho más ligeros que los protones, se puede ignorar su
contribución a la masa atómica.) Sin embargo, en realidad la relación es 4:1.
Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo
de partícula subatómica en el núcleo.

17. • Esta partícula fue descubierta por James
Chadwick en 1932. Cuando bombardeo una
lamina de berilio con partículas 𝛼, emitida una
radiación de energía muy alta similar a los
rayos 𝛾. Chadwick llamo neutrones esa
partícula.
• Neutrón: Partículas eléctricamente neutras
con una masa ligeramente mayor que la
masa de los protones.

18. RESUMEN
Partícula Carga
eléctrica
Masa Localización en el átomo Símbolo
Electrón −1.6
× 10−19
9.1 × 10−28 Gira alrededor del núcleo e−
Protón +1.6
× 10−19
1.67 × 10−24 En el núcleo p+
Neutrón 0 1.67 × 10−24 En el núcleo n0
Radiación: es la emisión y propagación de energía que atraviesa el espacio o una sustancia,
ya sea en forma de ondas o de partículas.
Radiactividad: es el proceso por medio del cual ciertos átomos o elementos inestables sufren
desintegración en un intento por lograr un estado nuclear más equilibrado.
Una sustancia es radiactiva cuando libera energía en forma de partículas o rayos como resultado
de la desintegración del núcleo atómico.

19. NÚMERO ATÓMICO (Z)
• Qué es lo que hace que un átomo sea diferente de otro?
• ¿ En qué son distintos un átomo de oro y uno de carbono?
Respuesta: los elementos difieren entre sí por el número de protones que
hay en el núcleo de sus átomos.
• El número atómico (Z) de un elemento es el número de protones en el núcleo de
cada átomo de un elemento. En un átomo neutro el número de protones es igual
al número de electrones, de manera que el número atómico también indica el
número de electrones presentes en un átomo.

20. • No existen dos elementos diferentes que tengan el mismo número atómico. Las propiedades químicas de un
elemento están relacionadas con el número atómico.
• El número másico (A) es el número total de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo.

21. EJERCICIO
Determina el número de electrones,
protones y neutrones, para cada uno
de los elementos siguientes.

23. 1.2 Base experimental de la teoría cuántica.
• Al suponer que las moléculas se comportan como pelotas que rebotan, los físicos fueron
capaces de predecir y explicar algunos fenómenos macroscópicos, como la presión que
ejerce un gas. Sin embargo, este modelo no era satisfactorio para entender del todo la
estabilidad de las moléculas , es decir, no podía explicar qué fuerzas mantenían unidos a
los átomos.
• La nueva era de la física comenzó en 1900 con el joven físico alemán Max Planck. Al
examinar los datos de la radiación que emitían los sólidos calentados a diferentes
temperaturas, Planck descubrió que los átomos y las moléculas emiten energía sólo en
cantidades discretas o cuantos.

24. • Onda: una alteración vibracional mediante la cual se trasmite
la energía.
• Al viajar, las ondas hacen vibrar las partículas del medio por el
que se desplazan.
• Las ondas transportan energía, pero no materia.
Propiedades de las ondas

25. Cresta
Valle
elongación
Amplitud
Amplitud
Línea de
equilibrio
λ
λ
Longitud de onda
Longitud de onda
Nodo
Partes de una onda

26. Partes De La Onda
Cresta: es la parte más elevado de una onda.
Valle: es la parte más baja de una onda.
Elongación: es el desplazamiento entre la posición
de equilibrio y la posición en un instante
determinado.
Nodo: Es el punto donde la onda cruza la línea de
equilibrio.

27. Longitud de onda (λ): es la distancia comprendida entre
dos crestas o dos valles.
Amplitud: es la máxima elongación (distancia), es decir, el
desplazamiento desde el punto de equilibrio hasta la
cresta o el valle.
Onda completa: cuando ha pasado por todas las
elongaciones positivas y negativas.

28. • La velocidad es otra de las propiedades importantes de una onda, que depende del tipo
de onda y el medio en el cual viaja (por ejemplo, aire, agua o vacío). La velocidad (u) de
una onda es el producto de su longitud (𝜆) y frecuencia(𝜈):
𝑢 = 𝜆𝜈 Ecuación 1
La longitud de onda se expresa de manera regular en unidades de metros, centímetros o
nanómetros, y la frecuencia se mide en Hertz (Hz) donde:
1 Hz= 1 ciclo/s
El término “ciclo” se omite y la frecuencia se expresa como, por ejemplo, 25/s o 25 𝑠−1 (que se
lee “25 por segundo”).

29. Radiación electromagnética
• En 1873, James Clerk Maxwell propuso
que la luz visible se compone de ondas
electromagnéticas. De las ondas sonoras
y las del agua no son ondas
electromagnéticas, pero los rayos X y las
ondas de radio sí lo son. De la física
clásica a la teoría cuántica 279 acuerdo
con esta teoría, una onda
electromagnética tiene un componente de
campo eléctrico y un componente de
campo magnético .
Figura 7. Componentes del campo eléctrico y del campo magnético de una onda
electromagnética

30. • El modelo de Maxwell describe con exactitud cómo se puede propagar la energía
en forma de radiación a través del espacio como una vibración de campos
magnético y eléctrico. La radiación electromagnética es la emisión y
transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.
• Las ondas electromagnéticas viajan a 3.00 × 108metros por segundo o 186
000millas por segundo en el vacío (cantidades redondeadas). Esta velocidad
varía según el medio, pero no lo sufi ciente para modifi car de manera sustancial
los cálculos.
• comúnmente se llama velocidad de la luz , se expresa con el símbolo c. La
longitud de onda de las ondas electromagnéticas se expresa por lo común en
nanómetros (nm).

31. Ejercicios
1. La longitud de onda de la luz verde de un semáforo es de alrededor de
522 nm. ¿Cuál es la frecuencia de esta radiación?
2. ¿Cuál es la longitud de onda (en metros) de una onda electromagnética
que tiene una frecuencia de 3.64 × 107
Hz?
3. ¿Cuál es la longitud de onda (en nanómetros) de la luz con una
frecuencia de 8.6 × 109
Hz?
4. ¿Cuál es la frecuencia en (Hz) de la luz con una longitud de onda de
566 nm?
5. ¿Cuál es la longitud de onda (en nanómetros) de una radiación que
tiene una frecuencia de 2.45 × 109
Hz?

32. Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck.

33. Teoría cuántica
• La física clásica asumía que los átomos y las moléculas emitían (o absorbían) cualquier cantidad
arbitraria de energía radiante.
• Planck proponía que los átomos y las moléculas emitían (o absorbían) energía sólo en
cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos. A la mínima cantidad de energía que
se podía emitir (o absorber) en forma de radiación electromagnética.
• La energía E de sólo un cuanto de energía está dada por:
𝐸 = ℎ𝑣
Donde h es la constante de Planck 6.63 × 10−34y n es la frecuencia de radiación.

34. El efecto fotoeléctrico
En 1888, Heinrich Hertz descubrió que cuando la luz choca
con la superficie de ciertos metales, se emiten electrones.
Este fenómeno se denomina efecto fotoeléctrico y su
característica más sobresaliente es que la emisión de
electrones solamente ocurre cuando la frecuencia de la luz
incidente excede un valor umbral determinado. Cuando se
cumple esta condición:
• El número de electrones emitido depende de la
intensidad de la radiación incidente.
• Pero las energías cinéticas de los electrones emitidos
dependen de la frecuencia de la luz.

35. • Einstein partió de una extraordinaria hipótesis al considerar que un rayo de luz es, en
realidad, un torrente de partículas. Tomando como punto de partida la teoría cuántica de
Planck ,Einstein dedujo que cada una de estas partículas de luz, que ahora se conocen
como fotones.
• La energía E de sólo un cuanto de energía está dada por:
𝐸 = ℎ𝑣
• La teoría de Einstein acerca de la luz significó un dilema para los científicos. Por un lado,
dicha teoría explicaba satisfactoriamente el efecto fotoeléctrico. Pero, por el otro, la teoría
de partícula de la luz no era consistente con su conocido comportamiento de onda. La única
forma de resolver este dilema era aceptar la idea de que la luz posee propiedades tanto de
partícula como de onda.

36. Espectros de emisión y series espectrales
• Espectros de emisión: Son aquellos que se obtienen
al descomponer las radiaciones emitidas por un
cuerpo previamente excitado.
• Los espectros de emisión continuos se obtienen al
pasar las radiaciones de cualquier sólido
incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la
misma temperatura producen espectros de emisión
similares.
• La luz blanca produce al descomponerla lo que
llamamos un espectro continuo, que contiene el
conjunto de colores que corresponde a la gama de
longitudes de onda que la integran.
• Los espectros de emisión discontinuos se obtienen al
pasar la luz de vapor o gas excitado. Las radiaciones
emitidas son características de los átomos excitados.

37. • Las series espectrales consisten en un conjunto de líneas de colores sobre
fondo oscuro, o bien de franjas brillantes separadas por zonas oscuras que
emite la luz proveniente de todo tipo de sustancias.
• Estas líneas se visualizan con ayuda de un espectrómetro, aparato que
consiste en un prisma o de una rejilla finamente dividida, capaz de separar las
distintas componentes de la luz.

38. Ejercicios de Tarea.
1. Calcule la energía (en joules) de: a) un fotón con una longitud de onda de 5.00 3 104 nm
(región infrarroja ) y b) un fotón que tiene una longitud de onda de 5.00 3 1022 nm
(región de los rayos X ).
2. ¿Cuál es la longitud de onda (en nanómetros) de la luz con una frecuencia de 8.6 × 109
Hz?
3. ¿Cuál es la frecuencia en (Hz) de la luz con una longitud de onda de 566 nm?
4. ¿Cuál es la longitud de onda (en nanómetros) de una radiación que tiene una frecuencia
de 2.45 × 109
Hz?
5. La distancia promedio entre Marte y la Tierra es de 1.33 108 millas. ¿Cuánto tiempo
tomaría transmitir las imágenes de TV desde el vehículo espacial Viking, estacionado en
la superficie de Marte, hasta la Tierra? (1milla 5 1.61 km).