Conceptos Clave en Física: De Modelos Atómicos a Principios Cuánticos
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Modelos Históricos y Teorías de la Luz
Thomson
El modelo atómico de Thomson postula que los átomos son una especie de esfera material con electricidad positiva, dentro de la cual, en forma de pequeños gránulos, se encuentran los electrones en número suficiente para que el conjunto resulte eléctricamente neutro.
Newton
Newton propuso el Modelo Corpuscular de la Luz, afirmando que la luz está constituida por partículas materiales, lanzadas a gran velocidad por cuerpos emisores.
Huygens
Huygens desarrolló el Modelo Ondulatorio, considerando la luz como un fenómeno ondulatorio de tipo mecánico y, por tanto, caracterizada por magnitudes.
Maxwell
La Teoría Electromagnética de la Luz de Maxwell establece que las ondas luminosas son ondas electromagnéticas en lugar de mecánicas.
Hertz
Hertz realizó la comprobación experimental de la teoría electromagnética.
Conceptos Cuánticos Fundamentales
Planck
Según Planck, las emisiones de energía radiante vienen dadas en forma de paquetes o cuantos de energía, de acuerdo con la fórmula: E = h · f.
Einstein
Einstein postuló que cuando la radiación interacciona con los átomos de la materia, lo realiza en forma de cuantos que él denominó fotones.
De Broglie
De Broglie sugirió que si existía un comportamiento corpuscular de las ondas, también debería existir un comportamiento ondulatorio de las partículas materiales. Su hipótesis se resume en la fórmula: λ = h / mv.
Modelos Atómicos
Modelo Atómico de Bohr
El Modelo Atómico de Bohr se basa en los siguientes postulados:
- Un electrón solo puede girar alrededor del núcleo en determinadas órbitas, lo que hace que los radios de las mismas puedan tener únicamente unos valores concretos.
- Un electrón puede girar en ciertas órbitas llamadas estacionarias sin emitir energía radiante.
- Un electrón puede saltar de una órbita estacionaria a otra más interna emitiendo un fotón de radiación electromagnética cuya frecuencia es dada por la ecuación de Planck.
- Los electrones ocupan en su movimiento en torno al núcleo distintos niveles energéticos permitidos.
Planck cuantizó la energía luminosa.
Bohr cuantizó los radios de las órbitas de los electrones.
Principios Cuánticos
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
El Principio de Incertidumbre de Heisenberg establece que existen pares de magnitudes que no se pueden determinar simultáneamente.
Principio de Exclusión de Pauli
El Principio de Exclusión de Pauli afirma que dos electrones de un mismo átomo tendrán al menos uno de los números cuánticos distintos.
Regla de Hund
La Regla de Hund indica que en un mismo subnivel, los electrones no se aparean hasta que haya un electrón en cada órbita.
Estructura del Átomo
El Núcleo
El Núcleo está constituido esencialmente por protones y neutrones. En un átomo en estado normal, el número de protones que hay en el núcleo es igual al número de electrones que hay en su corteza, lo que define el número atómico (Z). La masa material del átomo viene dada por el número de protones y neutrones existentes en el núcleo; este número es llamado número másico (A).
La relación entre ellos es: A = Z + N, donde N es el número de neutrones. Por lo tanto, N = A - Z.
La Corteza
Dentro de cada nivel existen diversos subniveles. El primer subnivel de cada nivel energético tiene siempre forma circular y se designa por la letra s. Los restantes subniveles, de forma elíptica, se denominan p, d y f.
El número máximo de electrones en cada nivel es 2n².
El número máximo de subniveles en el nivel n es n.
El número máximo de electrones en el último nivel es 8; por lo tanto, solo puede haber electrones s y p en el último nivel.
En el penúltimo nivel, solo puede haber electrones s, p y d.
En el nivel exterior, solo puede haber electrones s si el penúltimo nivel no está completo.