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QUÍMICA 3 – 116056M
Grupo 1
2019-2
José Guillermo López
Clase 03 – 29 de octubre 2019
Departamento de Química
Facultad de Ciencias Naturales y Exactas
Universidad del Valle
Información General
José G. López
❑ Oficina: 320 – 2095
❑ Correo electrónico: jlopez.univalle@gmail.com
❑ Sesión de taller: martes 11:10am-12:00pm.
❑ Talleres y material de consulta:
▪ Campus Virtual
http://campusvirtual.univalle.edu.co/
❑ Evaluación:
▪ Opción 1: 2 exámenes parciales y 2 exámenes opcionales.
▪ Opción 2: 3 exámenes parciales (30%, 35%, 35%) y 1 examen opcional (todo 
el contenido del curso). La nota del opcional reemplaza la nota más baja de 
los tres exámenes en caso de ser superior.
❑ Metodología:
▪ Clase magistral
▪ Sesión de taller
▪ Evaluación con exámenes parciales
❑ Salón de clases como recinto de aprendizaje
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Teoría Estructural Clásica
José G. López
❑ ¿Existen los átomos y las moléculas?
▪ La teoría estructural clásica asume que existen pero no puede probarlo.
▪ El movimiento Browniano es una prueba indirecta de la existencia de los 
átomos.
❑ ¿Es la ley periódica general para todos los elementos?
▪ La ley periódica clásica (siglo XIX) presentaba algunas inconsistencias y, 
aunque predecía la existencia de algunos elementos, era incapaz de 
confirmar o descartar la existencia de más elementos.
▪ Una ley periódica general del comportamiento de los elementos químicos 
requiere conocer la estructura de los átomos.
❑ ¿Cuál es la causa del comportamiento periódico de los elementos?
▪ La teoría estructural clásica no puede responder este interrogante
❑ ¿Qué origina la valencia de los átomos?
▪ La teoría estructural clásica no puede responder este interrogante
❑ ¿Tienen las moléculas en realidad geometrías específicas?
▪ La teoría estructural clásica asume que las moléculas tienen geometrías 
específicas pero no explica por qué.
Mecánica Cuántica
Contenido
0. Introducción: La Teoría Estructural Clásica
1. Comportamiento Cuántico
2. El Átomo de Hidrógeno: Orbitales Atómicos
3. Átomos Polielectrónicos y Propiedades Periódicas
4. Moléculas y Enlace Químico
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Objetivos del Capítulo 2
0. Introducción: La Teoría Estructural Clásica
1. Comportamiento Cuántico
a. Justificar la necesidad de la mecánica cuántica para el estudio de la 
estructura de la materia.
b. Familiarizarse con los conceptos y terminología básicos de la 
mecánica cuántica.
c. Definir qué es función de onda, cómo calcularla y cómo obtener 
información física relevante de ella.
2. El Átomo de Hidrógeno: Orbitales Atómicos
3. Átomos Polielectrónicos y Propiedades Periódicas
4. Moléculas y Enlace Químico
José G. López
Necesidad de la Mecánica Cuántica
José G. López
Espectro de líneas de los gases atómicos 
atómicos
Capacidad calorífica de los elementos sólidos
Dualidad onda – partícula de la luz
Difracción InterferenciaDispersión
Propiedades ondulatorias de la luz Propiedades corpusculares de la luz
Efecto fotoeléctrico 
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Movimiento Ondulatorio
José G. López
❑ Ondas de agua
Ondas longitudinales
Ondas transversales
Ondas de agua
▪ Una onda mecánica es una perturbación de 
un medio que se propaga en el espacio y 
que hace oscilar repetidamente una 
partícula alrededor de un punto de equilibrio 
▪ Una onda transfiere energía 
progresivamente de un punto a otro pero no 
materia. https://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html
https://www.youtube.com/watch?v=Iuv6hY6zsd0&t=321s
Propiedades Ondulatorias de la Luz
José G. López
Radiación electromagnética: campos eléctricos y magnéticos 
oscilantes (perpendiculares entre sí y en fase) que se propagan en el 
espacio y que transportan energía
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plane_Wave_Oblique_View.jpg
❑ Onda electromagnética plana: Tren de planos separados por una longitud de 
onda
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM-Wave.gif
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Propiedades Ondulatorias de la Luz
José G. López
D. W. Oxtobi; H. P. Gillis; and A. Campion, Principles of Modern Chemistry, 6th edition
Radiación electromagnética: campos eléctricos y magnéticos 
oscilantes (perpendiculares entre sí) que se propagan en el espacio y que 
transportan energía
λ Longitud de onda: distancia entre dos 
picos de la onda (longitud)
τ Periodo: tiempo de una oscilación 
(tiempo)
ν Frecuencia: número de oscilaciones 
por unidad de tiempo (1/tiempo)
A Amplitud máxima (longitud)
c Velocidad de la luz: rapidez de 
propagación de la radiación 
electromagnética
c = 3.0 × 108 m/s 
Propiedades Ondulatorias de la Luz
José G. López
Radiación electromagnética: campos eléctricos y magnéticos 
oscilantes (perpendiculares entre sí) que se propagan en el espacio y que 
transportan energía
❑ Onda electromagnética plana: Tren de planos separados por una longitud 
de onda
)cos(ˆ),( 0 tkyEtyE z  −=

Vector unitario de 
polarización
Fortaleza del campo 
eléctrico (> 0)
Número de 
propagación ó
número de onda 
angular Frecuencia angular
vector unitario de 
propagación 
Fortaleza del campo 
magnético
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Propiedades Ondulatorias de la Luz
José G. López
D. W. Oxtobi; H. P. Gillis; and A. Campion, Principles of Modern Chemistry, 6th edition
Radiación electromagnética: campos eléctricos y magnéticos 
oscilantes (perpendiculares entre sí) que se propagan en el espacio y que 
transportan energía
Propiedades Ondulatorias de la Luz
José G. López
Magnitud del 
campo eléctrico 
en el punto x
Intensidad de la 
luz en el punto x
x
I(x)
❑ Fenómeno de difracción
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Propiedades Ondulatorias de la Luz
x
I(x)
Experimento de la doble rendija
José G. López
❑ Fenómeno de interferencia
Propiedades Ondulatorias de la Luz
x
I(x)
Magnitud e intensidad del campo eléctrico 
resultante en el punto x:
(Principio de superposición)
interferencia
Experimento de la doble rendija
José G. López
Magnitud del campo 
eléctrico en el punto x 
(solo rendija 1 abierta)
Magnitud del campo 
eléctrico en el punto x 
(solo rendija 2 abierta)
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Necesidad de la Mecánica Cuántica
José G. López
❑ Dualidad onda – partícula de la luz
▪ Propiedades corpusculares de la luz
D. W. Oxtobi; H. P. Gillis; and A. Campion, Principles of Modern Chemistry, 6th edition
▪ La emisión de electrones solo se 
logra cuando la frecuencia de la luz 
es mayor que un valor mínimo ν0
(frecuencia umbral)
▪ Si la frecuencia de la luz es menor 
que ν0 no hay emisión de electrones 
sin importar la intensidad de la luz
▪ S la frecuencia de la luz es mayor 
que ν0 la emisión de electrones 
ocurre casi instantáneamente sin 
importar la intensidad de la luz
Efecto fotoeléctrico (1887): Emisión de electrones de la superficie de un 
metal al ser irradiada con luz.
Propiedades Corpusculares de la Luz
(constante de Planck)
Efecto fotoeléctrico: Emisión de electrones de la superficie de un metal al 
ser irradiada con luz.
José G. López
▪ La energía de los electrones emitidos por una superficie de un metal aumenta 
con la frecuencia de la luz (Philipp Lenard1902).
▪ El efecto fotoeléctrico se debe a la absorción de “cuantos” de luz por los 
electrones del metal (Albert Einstein 1905).
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Dualidad Onda –Partícula de la Luz
(constante de Planck)
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La luz se comporta como onda ó partícula, dependiendo del experimento
p ≡ momentum lineal
λ
c
m0 = 0 (para un fotón)
Dualidad Onda –Partícula de la Luz
T. L. Dimitrova, A. Weis, Am. J. Phys. 76, 137 (2008)
La luz se comporta como onda o partícula, dependiendo del experimento
Experimento de la doble rendija con luz
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Necesidad de la Mecánica Cuántica
José G. López
❑ Dualidad onda – partícula de la materia
▪ Propiedades ondulatorias de la materia
Interferencia de electrones
Necesidad de la Mecánica Cuántica
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❑ Dualidad onda – partícula de lamateria
▪ Propiedades ondulatorias de la materia
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Propiedades Corpusculares de la Materia
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http://www.youtube.com/watch?v=GCA_k64Aj74
Propiedades Corpusculares de la Materia
F1(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de los electrones cuando
solamente la rendija 1 está abierta
F2(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de los electrones cuando
solamente la rendija 2 está abierta
x
F2(x)
F1(x)
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Propiedades Corpusculares de la Materia
x
F1(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de las partículas cuando
solamente la rendija 1 está abierta
F2(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de las partículas cuando
solamente la rendija 2 está abierta
F(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de las partículas cuando ambas
rendijas están abiertas
F1(x)
F2(x)
F(x)
x
José G. López
Propiedades Ondulatorias de la Materia
F1(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de los electrones cuando
solamente la rendija 1 está abierta
F2(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de los electrones cuando
solamente la rendija 2 está abierta
F(x) : distribución de probabilidad para la detección en x de los electrones cuando 
ambas rendijas están abiertas
F(x)
x
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70000 electrones
10 electrones 100 electrones
3000 electrones 20000 electrones
A. Tonomura, J. Endo, et. al, Am. J. Phys. 57, 117 (1989)
Propiedades Ondulatorias de la Materia
José G. López
Propiedades Ondulatorias de la Materia
Hipótesis de De Broglie (1924): 
▪ Cualquier partícula material de masa m tiene asociada una onda (onda 
de materia u onda de De Broglie)
▪ Análogamente a los fotones, para un partícula cuántica material libre (no 
sujeta a ninguna fuerza) se tiene que:
p ≡ momentum lineal
λ
v
(constante de Planck)
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Propiedades Ondulatorias de la Materia
Ψ(x, t): Función de onda compleja. 
ρ(x, t): densidad instantánea de los electrones 
alrededor de x cuando ambas rendijas están 
abiertas
(Principio de 
superposición)
José G. López
ρ(x, t) densidad instantánea 
de los electrones 
alrededor de x
cuando una rendija 
está abierta
x
ρ(x, t)
Propiedades Ondulatorias de la Materia
Consideraciones:
▪ Ψ(x, t) describe un campo de probabilidad no un campo físico.
▪ ρ(x, t) = |Ψ(x, t)|2 → probabilidad instantánea de encontrar al electrón en una región 
alrededor de x cuando se realiza la medición
▪ Término de interferencia 2|Ψ1(x, t)| |Ψ2(x, t)| → patrón de interferencia cuando ambas 
rendijas están abiertas. 
▪ |Ψ1(x, t)|
2 y |Ψ2(x, t)|
2 → probabilidad cuando una sola rendija está abierta.
José G. López
ρ(x, t): densidad instantánea de los electrones 
alrededor de x cuando ambas rendijas están 
abiertas
ρ(x, t)
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