1 Teoría Cuántica y estructura atómica

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COMPETENCIA 1
TEORÍA CUÁNTICA 
ESTRUCTURA ATÓMICA 
M.C. Martha P. Meléndez Aguilar
Depto. Ciencias Básicas
TNM en Celaya
Sep 2020- Feb 2021
https://youtu.be/USDLwPKpNxs
Isótopos:
Son los átomos con números atómicos idénticos y números de masa diferentes
● La materia puede ser dividida?
● Llegaríamos a un punto en que fuera 
indivisible?
● Demócrito formula la teoría de que la 
materia se compone de partículas 
indivisibles, a las que llamó ÁTOMOS.
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MODELOS ATÓMICOS:
https://www.researchgate.net/profile/Suthida_Chamrat/publication/318027503/figure/fig12/AS:539404826615813@1505615540440/The-atomic-models-timeline
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Teoría atómica de Bohr- Sommerfeld.
En 1916, el físico alemán Arnold Sommerfeld modificó 
el modelo de Bohr y propuso que las órbitas de los 
electrones debían ser elípticas en vez de circulares. 
Este modelo explica satisfactoriamente el espectro del 
hidrógeno pero sólo funciona con átomos de hidrógeno 
e iones que contienen sólo un electrón.
https://www.youtube.com/watch?v=kcANztL84aA
https://www.youtube.com/watch?v=kcANztL84aA
Radiación 
● Radiación es la emisión, propagación y 
transferencia continúa de energía desde la 
superficie de cualquier cuerpo.
● La energía emitida se llama energía radiante.
● La radiación se transporta por medio de ondas 
electromagnéticas que viajan a la velocidad 
de la luz.
Radiaciones Electromagnéticas (rem)
Clasificación de las radiaciones electromagnéticas
En función del tipo de cambios que provoca en los átomos con los que interaccionan:
● Radiaciones ionizantes: Corresponden a las de mayor energía (menor longitud de onda) y 
que tienen energía suficiente para arrancar electrones de los átomos con los que 
interaccionan para producir ionizaciones. A este tipo corresponden los rayos X, los rayos 
gamma y rayos cósmicos.
● Radiaciones no ionizantes: Son las que no tienen suficiente energía para producir 
ionizaciones en los átomos con los que interaccionan.
La onda se compone de un campo eléctrico oscilante, asociado a un campo 
magnético también oscilante, y ambos son perpendiculares a la dirección de 
propagación
Caracterización de una radiación electromagnética
La energía que transporta una rem se desplaza mediante ondas, no es una energía contínua sino que se 
transmite agrupada en pequeños “cuantos” de energía llamados fotones.
Las ondas electromagnéticas se caracterizan por tres parámetros fundamentales:
● Longitud de onda (λ, lambda): Es la distancia entre las crestas de dos ondas consecutivas, y se mide 
en unidades de longitud (nm, cm, m, etc.)
● Frecuencia (v, nu) : Es el número de veces que oscila una onda en un segundo y se mide en 
ciclos/segundo o hertz (Hz)
● Energía (E): La energía transportada por una radiación electromagnética se puede medir en Joules 
(J), o en electronvoltios (eV).
Nota: 1 eV es la energía cinética que adquiere un electrón cuando es acelerado por una diferencia de 
potencial de 1 V y equivale a 1.602176462 E -19 J. 
La energía radiante que incide desde el exterior se puede reflejar o 
absorber en diferentes proporciones
Un buen absorbedor de radiación es un buen emisor.
Un buen reflector es un mal emisor y un mal reflector es un buen 
emisor.
Radiación de Cuerpo Negro
Un cuerpo negro es un objeto teórico 
o ideal que absorbe toda la luz y 
toda la energía radiante que incide 
sobre él.
La superficie de un cuerpo negro es 
el límite, el que toda la energía 
incidente del exterior es absorbida y 
toda la energía incidente desde el 
interior es emitida
Un cuerpo negro se asemeja a una 
cavidad con una pequeña abertura. La 
E radiante que incide y se absorbe, se 
refleja varias veces en el interior y una 
mínima parte se refleja a través de la 
abertura. Aproximadamente toda la E 
incidente es absorbida.
A pesar de todo el cuerpo negro emite 
luz y es un modelo físico ideal para 
estudiar la emisión de rem (radiación 
electromagnética).
Todos los objetos:
● Están hechos de átomos.
● Un átomo puede emitir rem cuando los electrones pierden E y pasan a un 
orbital de menor E.
● Un átomo puede absorber E e ir a un orbital de mayor E.
● Átomos en movimiento chocan y vibran y estimulan la emisión y 
absorción de rem.
● Un aumento de temperatura es un aumento de la Ec de movimiento de sus 
átomos.
● Ningún objeto tiene temperatura absoluta 0 en la naturaleza.
Ec= energía incidente, J, eV
Wo= trabajo de extracción, J, eV
Ec= energía cinética, J
h= 6.63 E -34 J*s constante de Planck
 = frecuencia, Hz
v= velocidad, m/s
m= masa, Kg
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric&locale=es
Teoría atómica de Bohr
E = Energía (J, eV)
h = 6.63 E -34 J*s constante de Planck
 = frecuencia (Hz)
Espectros de emisión y series espectrales
Video: Espectros de emisión
Problemas
Para el átomo de Hidrógeno, en la serie de Balmer compruebe los colores que se obtienen 
en el espectro de emisión anterior.
Teoría de Planck 
“La intensidad de la radiación en cada longitud de onda depende únicamente de 
la temperatura del cuerpo considerado”.
La intensidad de la 
radiación emitida por un 
cuerpo negro varía con 
la longitud de onda 
según una curva 
característica que 
presenta un máximo 
dependiendo de la 
temperatura del cuerpo.
Planck descubrió que los 
átomos y moléculas 
emiten E en cantidades 
discretas o cuantos.
Video: Planck y T Cuántica
Problemas1. Una onda luminosa posee una frecuencia de 4E15 Hz, calcule la longitud de 
onda en caso de que se produzca una corriente fotoeléctrica cuando dicha 
onda incide sobre un metal con una función de trabajo de 2.3 eV. Si hay 
extracción de e, calcule la velocidad de los mismos.
2. Se hace incidir sobre cierto metal M, una rem produciendo un efecto 
fotoeléctrico donde los e salen a una velocidad máxima de 8.095E5 m/s. 
Sabiendo que la frecuencia umbral del metal es de 4.5 E14 Hz, determine la 
energía de la radiación electromagnética utilizada, su longitud de onda, su 
frecuencia y si es posible, su color.
3. Sobre una superficie de potasio, cuyo trabajo de extracción es de 2.29 eV, 
incide una radiación de 0.2E-6 m. Razone si se produce el efecto 
fotoeléctrico y, en caso afirmativo, calcule la velocidad de los electrones 
emitidos y la frecuencia umbral del material.
https://youtu.be/62tCHVC5MVk
Principio de dualidad onda- partícula 
Principio de incertidumbre de Heissenberg.
“ Es imposible determinar de manera simultánea 
y con exactitud ilimitada la posición y la cantidad 
de movimiento de una partícula”
Mientras más conozcamos dónde está una 
partícula , menos sabemos acerca de qué tan 
rápido va!!!! = incertidumbre de la posición
 = momento lineal 
La ecuación de onda de Schrodinger
El físico austriaco, Erwin Schrodinger desarrolló en 1925 la ecuación de onda que es de vital importancia en la 
mecánica cuántica.
Esta ecuación matemática tienen en consideración varios 
aspectos:
● La existencia de un núcleo atómico, donde se 
concentra la grana cantidad del volumen del átomo.
● Los niveles energéticos donde se distribuyen los 
electrones según su energía.
● La dualidad onda partícula.
● La probabilidad de encontrar al electrón
● La mecánica cuántica no puede saber dónde se encuentra un electrón en un momento dado. 
● Cada solución de la ecuación de onda, Ψ describe un posible estado del electrón.
● El cuadrado de la función de onda, Ψ2, define la distribución de densidad electrónica alrededor del núcleo.
● A la densidad electrónica de probabilidad de encontrar el electrón en una cierta región del átomo se le 
llama orbital.
Significado de la densidad de probabilidad (Ψ2).
● La función Ψ de onda en sí no 
tiene un significado físico 
directo.
● La probabilidad de encontrar al 
electrón en cierta región del 
espacio es proporcional al 
cuadrado de la función de 
onda, Ψ2
● El sitio más probable para 
encontrar un fotón es el que 
tiene mayor intensidad, donde 
alcanza el máximo valor.
Solución de la ecuación de onda y su significado físico. 
Orbitales s, p, d, f.
l
l
l 
l 
l 
l 
l
l 
l.
Niveles de energía de un átomo de H Niveles de energía de un átomo polielectrónico
Para un valor de n, la energía de un orbital aumenta 
cuando se incrementa el valor de l
Configuración electrónica
La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los 
diferentes niveles de energía. Aunque el modelo Scrödinger sólo es necesario para el átomo de hidrógeno, para otros 
átomos el mismo modelo es aplicable para muy buenas aproximaciones.
Principio de construcción progresiva Aufbau
Los protones se incorporan al núcleo de uno 
en uno para construir los elementos, los 
electrones se suman de la misma forma a los 
orbitales atómicos.
 Regla de Madelung
 
De GFHund - Trabajo propio, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11058824
https://www.geogebra.org/m/Vrxxdkdf
Bibliografía
1. Los estados de agregación de la materia. Disponible en: 
https://secundaria36.jimdo.com/secuencia-2/actividad-siete/
2. Tecnología química. Disponible en: 
http://tecnologicoquimica.blogspot.com/2012/08/clasificacion-de-sustancias-naturales.html
3. Configuración electrónica. Disponible en;
https://www.geogebra.org/m/Vrxxdkdf
4. Química La Ciencia Central. Brown- Lemay, 12 Ed.
https://secundaria36.jimdo.com/secuencia-2/actividad-siete/
http://tecnologicoquimica.blogspot.com/2012/08/clasificacion-de-sustancias-naturales.html
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