Teoría Cuántica y la Estructura Electrónica de los Átomos

Conceptos Fundamentales de la Teoría Cuántica

La Teoría Cuántica establece que los átomos y moléculas emiten energía solo en cantidades discretas o cuantos.

La Naturaleza Ondulatoria de la Energía

Concepto de Onda

Una onda es una alteración vibratoria mediante la cual se transmite energía.

Propiedades de las Ondas

• Longitud de onda (λ - lambda): Distancia entre puntos idénticos consecutivos.
• Frecuencia (ν): Número de ondas que pasan por un punto en un tiempo dado.
• Amplitud: Distancia vertical desde la línea media hasta el pico o valle.
• Velocidad (u): Depende de la onda y del medio.

Radiación Electromagnética

Es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.

Contribución de James Clerk Maxwell

Maxwell demostró que la luz visible se compone de ondas electromagnéticas (campos eléctricos y magnéticos). Describió matemáticamente el comportamiento de la luz.

La energía se propaga a través del espacio como una vibración de campos eléctricos y magnéticos.

El espectro de luz visible abarca longitudes de onda (λ) desde 400 nm (violeta) hasta 700 nm (rojo).

Teoría Cuántica de Planck

Planck postuló que la energía emitida depende de su longitud de onda. Afirmó que los átomos y moléculas emiten energía solo en cantidades discretas, a las que llamó cuanto.

Contraste con la Física Clásica

La física clásica, en cambio, planteaba que la energía podía ser emitida en cualquier cantidad arbitraria, no solo mediante múltiplos de un cuanto de energía.

Efecto Fotoeléctrico

Cinco años después de Planck, Einstein planteó que un rayo de luz es un torrente de partículas, donde cada una debe poseer energía. A estas partículas las llamó fotones.

• Si la luz tiene una frecuencia mayor que la necesaria para superar la energía de enlace de los electrones en el metal, no solo se emitirán electrones, sino que estos también adquirirán energía cinética.

Dualidad Onda-Partícula

Einstein concluyó que la luz se comporta como ondas o partículas. Posteriormente, se demostró que este comportamiento dual aplica a toda la materia.

Modelo Atómico de Bohr para el Hidrógeno

Espectros de Emisión

Los espectros de emisión son espectros continuos o de líneas de radiación emitida por las sustancias.

Postulados Clave

1. Un electrón puede ocupar solo órbitas de energía específicas; es decir, las energías del electrón están cuantizadas.
2. El electrón, en cualquiera de estas órbitas permitidas, no se moverá en espiral hacia el núcleo ni radiará energía.
3. La emisión de radiación del hidrógeno se atribuye a la caída del electrón de una órbita de energía superior a una inferior.

Estados Energéticos

• Cuando el electrón se acerca al núcleo, su energía disminuye o se hace más negativa. Este estado energético estable se conoce como estado fundamental o basal.
• Cuando el átomo absorbe energía, el electrón pasa de un estado de energía más bajo ($n_i$) a uno más alto ($n_f$), donde $n_f > n_i$.