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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
CENTRO DE ESTUDIOS CIENTIFICOS Y TECNOLOGICOS No 3
“ESTANISLA RAMIREZ RUIZ”
CURSO DE INGRESO A NIVEL MEDIO SUPERIOR (COMIPEMS) 2015
La mecánica cuántica es la teoría que sirve de base a casi toda nuestra comprensión actual del universo físico. Desde su
formulación, hace ya más de tres cuartos de siglo, su alcance se ha extendido hasta el punto de que hoy se describen y
predicen con éxito en términos cuánticos todas las interacciones entre las partículas subatómicas menos la interacción
gravitatoria y, a partir de ahí, las propiedades de los núcleos atómicos y las estructura y propiedades de las moléculas y de
los sólidos. Además, las últimas décadas del siglo XX nos han traído un nuevo abanico inesperado de aplicaciones de la
mecánica cuántica en el terreno de las nuevas tecnologías de la información y de la comunicación. La teoría de la
información cuántica se está desarrollando tan rápidamente que en unos años va a impregnar el campo de la ingeniería, e
incluso el de las matemáticas.1
De acuerdo con la mecánica cuántica, las partículas atómicas no se comportan como los objetos del mundo macroscópico,
sino que tienen propiedades a la vez de partículas y de ondas.
TEORÍA CUÁNTICA
En 1900 un joven físico alemán llamado Max Planck, mientras analizaba los datos de la radiación emitida por sólidos
calentados a distintas temperaturas, descubrió que los átomos y moléculas sólo emiten energía en cantidades discretas o
cuantos. Para ese entonces los físicos suponían que la energía era continua, y que en proceso de radiación se podía liberar
cualquier cantidad de energía; de esta manera la teoría cuántica de Planck revoluciono la física.
Para entender la mecánica cuántica de Planck, se debe tener ciertos conocimientos de la naturaleza de las ondas. Una onda
se puede considerar como una perturbación vibracional por medio de la cual se trasmite la energía.
Planck sostenía que los átomos y las moléculas podían emitir (o absorber) energía radiante sólo en cantidades discretas,
como pequeños paquetes o cúmulos. Planck le dio el nombre de cuanto a la mínima cantidad de energía que podía ser
emitida o (absorbida) en forma de radiación electromagnética.2
CARACTER ONDULATORIO DE LOS ELECTRONES
Actualmente la idea intuitiva de Bohr de que los electrones se encuentran en órbitas de energía determinada no se
mantiene. Hoy se considera que no es posible conocer la posición y la velocidad de un electrón, sino solamente la
probabilidad de hallarlo en una determinada región del espacio.
ORBITALES DE LOS ATOMOS
Las zonas, expresadas por la mecánica cuántica, de mayor probabilidad de encontrar a un electrón se denominan
ORBITALES.
El Orbital queda definido como una función de onda, y el cálculo de su energía aparecen como parámetros los números
cuánticos cuyos valores coinciden con los determinados en el modelo atómico de Bohr:
• El estado de energía determinado por los valores del primer número cuántico se denomina CAPA o NIVEL.
• El estado de energía determinado por los valores de los dos primeros números cuánticos se denomina SUBNIVEL.
• El estado de energía determinado por los valores de los tres primeros números cuánticos se denomina ORBITAL.
De esta manera, los orbitales adquieren determinados nombres, que se obtienen:
- Número cuántico principal (n): designando la capa. Se relaciona con distancia promedio del electrón al núcleo en un
orbital particular. A mayor valor de n mayor es la distancia promedio de un electrón en el orbital respecto del núcleo y,
en consecuencia el orbital es más grande. Puede tener valores enteros 1, 2, 3, y así sucesivamente (Figura 1). En el
hidrógeno, el valor de n determina la energía de un orbital.
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Figura 1. Representación del número cuántico principal (n).
- Número cuántico del momento angular o azimutal (l): nos indica la forma de los orbitales (Figura 2). Designando el
suborbital; como sigue:
Si l = 0, suborbital “s”
Si l = 1, suborbital “p”
Si l = 2, suborbital “d”
Si l = 3, suborbital “f”
Figura 2. Tipo de orbitales, número cuántico angular (l).
A cada letra del suborbital se le asigna un número como superíndice que indica el número de electrones que contiene: s2,
p6, d10, y f14.
-Número cuántico de magnético (m): describe la orientación de orbital en el espacio (Figura 3).
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Figura 3. Orientación de los orbitales en el espacio, número cuántico magnético (m)
-Número cuántico de espín (s): indica el sentido del giro del electrón (Figura 4). Puede tomar valores de +1/2 o -1/2.
De acuerdo con la teoría electromagnética, una carga que gira genera un campo magnético, y este movimiento es
responsable de que el electrón se comporte como un imán.2, 3
Figura 4.Giro del electrón, número cuántico espín (s)
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Los cuatro números cuánticos caracterizan la posición de cada uno de los electrones en un átomo.
Cuestionario:
1.
a)
Lineal
2.
a)
a)
a)
b)
b)
c)
Exponencial
d)
Decreciente
e)
Logarítmico
El campo
electromag
nético
c)
El tipo de
orbital
d)
El número
cuántico
principal
e)
La corteza
atómica
p
c)
d
d)
f
e)
g
c)
Magnético
d)
Espín
e)
Orbita
Indica el sentido de giro de un electrón
Principal
5.
Ondulatorio
Si el número cuántico del momento angular es l = 0 en qué tipo de orbital se encuentra el electrón:
s
4.
b)
Permiten determinar el nivel de energía en que se encuentra un electrón:
El peso
Molecular
3.
a)
Es el comportamiento que presentan los electrones en un átomo:
b)
Azimutal
En mecánica cuántica es considerada la mínima cantidad de energía que podía ser emitida o (absorbida) en
forma de radiación electromagnética.
Núcleo
b)
Electrón
c)
Protón
d)
Cuanto
e)
Mol
REFERENCIAS
1
La físicaen ekbachillerato de excelencia. IES San Mateo, Madrid.
http://fisicabachilleratoexcelencia.blogspot.mx/2014/09/mecanica-cuantica-para-estudiantes-de.html
2
Chang R. Química general para bachillerato. (2006). McGraw-Hill. Interamericana. España. Pp. 202-204 y 216-217.
3
https://tuylaquimica.files.wordpress.com/2011/03/nc3bameros-cuc3a1nticos-y-configuracic3b3n-electrc3b3nica.pdf.