Cuantización de la energía, energía reticular y teorías de enlace químico: resumen

Principios Fundamentales de la Química Cuántica y Estructura Molecular

1. Cuantización de la Energía y el Efecto Fotoeléctrico

La Naturaleza Corpuscular de la Luz se evidencia en fenómenos como el Efecto Fotoeléctrico. Este consiste en la emisión de electrones por superficies metálicas al ser iluminadas con radiaciones de frecuencia superior a una denominada frecuencia umbral, que es propia de cada metal.

La existencia de ese valor umbral no podía ser explicada mediante la Teoría Electromagnética Clásica. En el año 1900, el físico alemán Max Planck propuso que la energía radiante está cuantizada, lo que significa que no puede existir cualquier valor de la misma. La energía se intercambia en forma de cuantos o unidades discontinuas, cuyo valor viene dado por la relación: $E = h\nu$.

2. Energía Reticular en Sólidos Iónicos

La Energía Reticular ($E_{\text{reticular}}$) es la energía electrostática total, la cual será la suma de las energías resultantes de las interacciones entre los diferentes iones. La suma de la serie (si existe) se denomina Constante de Madelung ($A$) y depende únicamente de la estructura y disposición de los iones que forman la red.

Además, se introduce otro término que da cuenta de las repulsiones entre las nubes electrónicas de iones próximos, denominado Factor de Born-Landé ($n$). Este término predomina en pequeñas distancias, donde las fuerzas de repulsión son mayores que las de atracción.

3. Teorías de Enlace Químico Avanzadas

3.1. Resonancia y Deslocalización Electrónica

En las moléculas descritas anteriormente, cada par de electrones que forman un enlace se han considerado localizados entre los núcleos de los átomos que los compartían. Sin embargo, existen moléculas donde estos pares electrónicos se encuentran deslocalizados entre varios núcleos de átomos, y su descripción necesita de un nuevo concepto conocido como Resonancia.

En estos casos, la molécula solo puede ser descrita mediante varias estructuras, ninguna de ellas real, siendo la estructura real un promedio ponderado de todas ellas, lo más ajustado a la realidad. A estas distintas formas moleculares se las denomina formas canónicas o estructuras resonantes.

3.2. Teoría de los Orbitales Moleculares (TOM)

La Teoría de los Orbitales Moleculares (TOM) considera a la molécula como si fuera un solo átomo, de modo que los electrones de los átomos enlazados se sitúan en orbitales que pertenecen a toda la molécula, denominados orbitales moleculares (OM).

Los orbitales moleculares se describen mediante funciones de onda, que son soluciones aproximadas de la ecuación de Schrödinger. La TOM supone que, al unirse dos átomos, sus orbitales atómicos (OA) se combinan para formar el mismo número de orbitales moleculares (OM). Así, la combinación de dos orbitales $s$ conduce a la formación de dos OM: uno de ellos enlazante y el otro antienlazante.