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TEORIA ATOMICA Materia Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Este término engloba todos los cuerpos, objetos y seres que existen en la naturaleza. En una primera instancia se pueden distinguir tres grandes sistemas de materia: mezclas heterogéneas, mezclas homogéneas y sustancias. Energía El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla, y luego darle un uso industrial o económico. Átomo En química y física, átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

Teoria Atomica nuev

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TEORIA ATOMICA

Materia

Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Este término

engloba todos los cuerpos, objetos y seres que existen en la naturaleza. En una

primera instancia se pueden distinguir tres grandes sistemas de materia: mezclas

heterogéneas, mezclas homogéneas y sustancias.

Energía

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con

la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física,

«energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y

economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología

asociada) para extraerla, transformarla, y luego darle un uso industrial o económico.

Átomo

En química y física, átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico

que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante

procesos químicos.

Su denso núcleo representan el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto

de bariones llamados protones y neutrones, rodeados por una nube de electrones, que

-en un átomo neutro- igualan el número de protones.

Partículas Químicas.

Son las pequeñas unidades que integran a una sustancia. Son muy pequeñas y

muy ligeras. Tanto que en unos cuantos gramos de cualquier sustancia hay del orden

de un cuatrillón de partículas. Están constituidas por un cierto número de núcleos

(con carga eléctrica positiva) interactuando con un cierto número de electrones (con

carga eléctrica negativa). Pueden ser iones (partículas cargadas mono o

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polinucleares), moléculas (partículas polinucleares neutras) o átomos (partículas

mononucleares neutras). Hay un poco más de 100 tipos diferentes de átomos según el

número de protones en sus respectivos núcleos. A los diferentes tipos de átomos se

les llama elementos. Los iones y las moléculas se describen en función del número y

del tipo de elementos que contienen.

Partículas químicas (átomos, moléculas e iones)

  Mononucleares  

Neutras

Átomos Iones mononucleares

CargadasMolécula

sIones polinucleares

  Polinucleares  

Moléculas:

En química, se llama moléculas a las partículas neutras formadas por un

conjunto estable de, al menos, dos átomos enlazados covalentemente .[][

]

De manera menos general y precisa, se ha definido molécula como la parte

más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades químicas, y a partir de la

cual se puede reconstituir la sustancia sin reacciones químicas. De acuerdo con esta

definición, que resulta razonablemente útil para aquellas sustancias puras constituidas

por moléculas, podrían existir las "moléculas monoatómicas" de gases nobles,

mientras que las redes cristalinas, sales, metales y la mayoría de vidrios quedarían en

una situación confusa

Las moléculas lábiles pueden perder su consistencia en tiempos relativamente

cortos, pero si el tiempo de vida medio es del orden de unas pocas vibraciones

moleculares, estamos ante un estado de transición que no se puede considerar

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molécula. Actualmente, es posible el uso de láser pulsado para el estudio de la

química de estos sistemas.

Las entidades que comparten la definición de las moléculas pero tienen carga

eléctrica se denominan iones poliatómicos, iones moleculares o moléculas ión. Las

sales compuestas por iones poliatómicos se clasifican habitualmente dentro de los

materiales de base molecular o materiales moleculares.

Tipos De Moléculas

Las moléculas se pueden clasificar en:

Moléculas discretas, constituidas por un número bien definido de átomos,

sean estos del mismo elemento (moléculas homonucleares, como el

dinitrógeno o el fullereno) o de elementos distintos (moléculas

heteronucleares, como el agua).

Molécula de dinitrógeno, el gas que es el componente mayoritario del aire

Molécula de fullereno, tercera forma estable del carbono tras el diamante y el

grafito

Molécula de agua, "disolvente universal", de importancia fundamental en

innumerables procesos bioquímicos e industriales

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Representación poliédrica del anión de Keggin, un polianión molecular

Macromoléculas o polímeros, constituídas por la repetición de una unidad

comparativamente simple -o un conjunto limitado de dichas unidades- y que

alcanzan pesos moleculares relativamente altos.

Representación de un fragmento de ADN, un polímero de importancia

fundamental en la genética

Enlace peptídico que une los péptidos para formar proteínas

Representación de un fragmento lineal de polietileno, el plástico más usado

Primera generación de un dendrímero, un tipo especial de polímero que crece

de forma fractal

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Ideas Atómicas De Los Griegos

Demócrito y Leucipo, dos griegos del siglo VI a. C. Los griegos creían que

todos los átomos estaban hechos del mismo material pero tenían diferentes formas y

tamaños, que eran los factores que determinaban las propiedades físicas del material.

Por ejemplo, ellos creían que los átomos de un líquido eran lisos, lo que les permitiría

deslizarse uno sobre otro. Según esta línea de pensamiento, el grafito y el diamante

estarían compuestos por dos tipos diferentes de átomos, si bien hoy sabemos que son

dos isómeros del carbono. Demócrito y Leucipo habían introducido el concepto

filosófico de átomo para expresar su creencia acerca de la discontinuidad de la

materia. Afirmaban que la materia se podía dividir indefinidamente en partículas cada

vez más pequeñas hasta obtener unas diminutas e indivisibles, a las que Demócrito

llamó átomos.

Durante el siglo XII (en plena Edad de Oro Islámica), los atomistas islámicos

desarrollaron teorías atómicas que eran una síntesis del atomismo griego y el indio.

Desarrollaron y profundizaron en las antiguas ideas griegas e indias y aportaron otras

nuevas, como la posibilidad de hacer que existiesen partículas más pequeñas que un

átomo. Al mismo tiempo que la influencia islámica empezaba a extenderse por

Europa, las ideas atómicas islámicas, junto con las griegas e indias, comenzaron a

difundirse por toda Europa a finales de la Edad Media.

Teoría Atómica De Dalton

Después de los trabajos realizados por los griegos, el físico y químico británico

John Dalton propuso a principios del siglo XIX los fundamentos de la teoría atómica,

aportando así las bases para el rápido desarrollo de la química moderna. Los

siguientes postulados forman parte de la teoría atómico molecular:

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1. La materia se compone de partículas pequeñas, definidas e indestructibles

llamadas “átomos”, que no se pueden dividir por ningún método físico, ni

químico ordinario.

2. Los átomos de un mismo elemento son todos idénticos y poseen las mismas

propiedades.

3. Las moléculas se forman mediante la unión de un número entero de átomos

de un mismo elemento simple, o de la unión de diferentes elementos simples.

4. Las moléculas de un elemento o sustancia simple se forman con átomos

idénticos del mismo elemento.

5. Cuando un solo átomo constituye la molécula de un elemento o sustancia

simple, dicha molécula constituye, a su vez, el átomo de ese propio elemento.

6. Las moléculas de las sustancias compuestas están formadas, al menos, por

átomos de dos elementos simples diferentes.

7. La materia ni se crea ni se destruye, sino que se transforma (Ley de la

conservación de la materia)

Para Dalton, la partícula más pequeña de una sustancia era el átomo. Si la

sustancia era simple, Dalton hablaba de "átomos simples"; por ejemplo de cloro, de

hidrogeno, etc. Si la sustancia era Compuesta, Dalton hablaba de” átomos

compuestos"; por ejemplo de agua. En realidad, los "átomos" de Dalton, son las

partículas llamadas moléculas.

Modelo Atómico de Thomson

Es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John

Thomson, descubridor del electrón1 en 1897, mucho antes del descubrimiento del

protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de

carga negativa en un átomo positivo, como un pudin de pasas.2 Se pensaba que los

electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. En otras ocasiones, en

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lugar de una sopa de carga negativa se postulaba con una nube de carga positiva. En

1906 Thomson recibió el premio Nobel de Física por sus investigaciones en la

conducción eléctrica en gases.

El átomo no deja de ser un sistema material que contiene una cierta cantidad

de energía externa. Ésta provoca un cierto grado de atracción de los electrones

contenidos en la estructura atómica. Desde este punto de vista, puede interpretarse

que el modelo atómico de Thomson es un modelo actual como consecuencia de la

elasticidad de los electrones en el coseno de la citada estructura.

Si hacemos una interpretación del modelo atómico desde un punto de vista

más microscópico, puede definirse una estructura abierta para el mismo, dado que los

protones se encuentran inmersos y sumergidos en el seno de la masa que define la

carga neutra del átomo.

Modelo atómico de Rutherford

Es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto

por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los

resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911.

El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que incorporó el

hecho de que el átomo estaba formado por dos partes: La corteza ,que está constituida

por todos los electrones que hay en el átomo, girando a gran distancia alrededor del

núcleo, y el núcleo ;es muy pequeño; en él se encuentra toda la carga eléctrica

positiva y casi toda la masa del átomo. Este modelo suponía que el átomo, estaba

formado por tres partículas: protones y neutrones, estos se encuentran en el núcleo; y

electrones (está en la corteza). Aunque hoy se sabe que los protones y los neutrones

son partículas compuestas y que las interacciones entre ellos requieren partículas

transmisoras de las fuerzas nucleares.

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La importancia del modelo de Rutherford residió en proponer por primera vez

la existencia de un núcleo en el átomo. Término que, paradójicamente, no aparece en

sus escritos. Lo que Rutherford consideró esencial, para explicar los resultados

experimentales, fue "una concentración de carga" en el centro del átomo, ya que sin

ella, no podía explicarse que algunas partículas fueran rebotadas en dirección casi

opuesta a la incidente. Este fue un paso crucial en la comprensión de la materia, ya

implicaba la existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda la carga

positiva y más del 99,9% de la masa. Las estimaciones del núcleo revelaban que el

átomo en su mayor parte estaba vacío.

Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío

alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo. Además se

abrían varios problemas nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y

teorías al tratar de explicarlos:

Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas

podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó

posteriormente a la postulación y descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte,

que es una de las cuatro interacciones fundamentales.

Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica clásica

que predice que una partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los

electrones orbitando alrededor del núcleo, produciría radiación

electromagnética, perdiendo energía cayendo sobre el núcleo. Las leyes de

Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo

aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de 10 −

10s, toda la energía del átomo se habría radiado, con la consiguiente caída de

los electrones sobre el núcleo.2 Se trata, por tanto de un modelo físicamente

inestable, desde el punto de vista de la física clásica.

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Según Rutherford, las órbitas de los electrones no están muy bien definidas y

forman una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma

algo indefinidos. No obstante, los resultados de su experimento, permitieron calcular

que el radio del átomo era diez mil veces mayor que el núcleo mismo, lo que hace

que haya un gran espacio vacío en el interior de los átomos.

Modelo Atómico De Bohr

Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para realizar el modelo que lleva su

nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atómico capaz de explicar la estabilidad

de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los

gases. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su

alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr partía conceptualmente del modelo

atómico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuantización que habían

surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein.

Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todavía utilizado frecuentemente como

una simplificación de la estructura de la materia.

En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo,

ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana posible al

núcleo. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose

de forma circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el

núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los

electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales

caracterizada por su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse

mediante un número entero n que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n"

recibe el nombre de Número Cuántico Principal.

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Bohr supuso además que el momento angular de cada electrón estaba cuantizado

y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al

número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba del núcleo

cada una de las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno.

Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la

"K" y terminaban en la "Q". Posteriormente los niveles electrónicos se ordenaron por

números. Cada órbita tiene electrones con distintos niveles de energía obtenida que

después se tiene que liberar y por esa razón el electrón va saltando de una órbita a

otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel adecuado, dependiendo de la

energía que posea, para liberarse sin problema y de nuevo volver a su órbita de

origen.

Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podría ser explicado

algunos años más tarde gracias al modelo atómico de Sommerfeld. Históricamente el

desarrollo del modelo atómico de Bohr junto con la dualidad onda-corpúsculo

permitiría a Erwin Schrödinger descubrir la ecuación fundamental de la mecánica

cuántica.

Modelo Atómico Actual

  Entre los conocimientos actuales o no sobre el átomo, que han mantenido su

veracidad, se consideran los siguientes:

 1.  La presencia de un núcleo atómico con las partículas conocidas, la casi totalidad

de la masa atómica en un volumen muy pequeño.

2.  Los estados estacionarios o niveles de energía fundamentales en los cuales se

distribuyen los electrones de acuerdo a su contenido energético.

3. La dualidad de la materia (carácter onda-partícula), aunque no tenga consecuencias

prácticas al tratarse de objetos de gran masa. En el caso de partículas pequeñas

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(electrones) la longitud de onda tiene un valor comparable con las dimensiones del

átomo.

4. La probabilidad en un lugar de certeza, en cuanto a la posición, energía y

movimiento de un electrón, debido a la imprecisión de los estudios por el uso de la

luz de baja frecuencia.

 Fue Erwin Schodinger, quien ideó el modelo atómico actual, llamado

"Ecuación de Onda", una fórmula matemática que considera los aspectos anteriores.

La solución de esta ecuación, es la función de onda (PSI), y es una medida de la

probabilidad de encontrar al electrón en el espacio. En este modelo, el área donde hay

mayor probabilidad de encontrar al electrón se denomina orbital.

El valor de la función de onda asociada con una partícula en movimiento esta

relacionada con la probabilidad de encontrar a la partícula en el punto (x,y,z) en el

instante de tiempo t.

En general una onda puede tomar valores positivos y negativos. una onda

puede representarse por medio de una cantidad compleja.

  Piense por ejemplo en el campo eléctrico de una onda electromagnética. Una

probabilidad negativa, o compleja, es algo sin sentido. Esto significa que la función

de onda no es algo observable. Sin embargo el módulo (o cuadrado) de la función de

onda siempre es real y positivo. Por esto, a se le conoce como la densidad de

probabilidad.

  La función de onda depende de los valores de tres (03) variables que reciben

la denominación de números cuánticos. Cada conjunto de números cuánticos, definen

una función específica para un electrón.

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Teoría Cuántica

La física cuántica, también conocida como mecánica ondulatoria, es la rama

de la física que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de

ésta son tan pequeñas, en torno a 1.000 átomos, que empiezan a notarse efectos como

la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula, o su energía, o

conocer simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula

(descrito según el principio de incertidumbre de Heisenberg).

Surgió a lo largo de la primera mitad del siglo XX en respuesta a los

problemas que no podían ser resueltos por medio de la física clásica.

Los dos pilares de esta teoría son:

• Las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima

posible, denominado quantum (cuanto) de energía.

• La posición de las partículas viene definida por una función que describe la

probabilidad de que dicha partícula se halle en tal posición en ese instante

Espectro electromagnético

El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las

radiaciones electromagnéricas posibles. El espectro de un objeto es la distribución

característica de la radiación electromagnética de ese objeto.

El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas

para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de

la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la

fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta

está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de

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onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea

infinito y continuo.

Rango del espectro

El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes

de onda diferentes. Las frecuencias de 30 Hz y más bajas pueden ser producidas por

ciertas nebulosas estelares y son importantes para su estudio. Se han descubierto

frecuencias tan altas como 2.9 * 1027 Hz a partir de fuentes astrofísicas.

La energía electromagnética en una longitud de onda particular λ (en el vacío)

tiene una frecuencia asociada f y una energía fotónica E. Así, el espectro

electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables,

que están relacionadas mediante ecuaciones.

De este modo, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una

longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud

de onda larga y energía baja.

Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran

en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la

radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo

general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se

declara explícitamente.

Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de

onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como

luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

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El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud

de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las

frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación

electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también

depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta. La radiación

electromagnética puede dividirse en octavas (como las ondas sonoras).

La espectroscopia puede descubrir una región mucho más amplia del espectro

que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectroscopio de laboratorio común

puede descubrir longitudes de onda desde 2 nm a 2500 nm. Con este tipo de aparatos

puede obtenerse información detallada sobre las propiedades físicas de objetos, gases

o incluso estrellas. La espectrometría se usa sobre todo en astrofísica. Por ejemplo,

muchos átomos de hidrógeno emiten ondas de radio que tienen una longitud de onda

de 21.12 cm.

Espectros atómicos

Espectro atómico es un concepto usado en física y química para referirse a:

Espectro de absorción, radiación electromagnética absorbida por un átomo o

molécula.

Espectro de emisión, radiación electromagnética emitida por un átomo en

estado gaseoso.

Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque

solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los

diferentes elementos químicos.

Si, mediante suministro de energía calorífica, se estimula un determinado

elemento en su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias del

visible, que constituyen su espectro de emisión.

Page 15: Teoria Atomica nuev

Si el mismo elemento, también en estado de gas, recibe radiación

electromagnética, absorbe en ciertas frecuencias del visible, precisamente las mismas

en las que emite cuando se estimula mediante calor. Este será su espectro de

absorción.

Se cumple, así, la llamada Ley de Kirchoff, que nos indica que todo elemento

absorbe radiación en las mismas longitudes de onda en las que la emite. Los espectros

de absorción y de emisión resultan ser, pues, el negativo uno del otro.

Puesto que el espectro, tanto de emisión como de absorción, es característico de cada

elemento, sirve para identificar cada uno de los elementos de la tabla periódica, por

simple visualización y análisis de la posición de las líneas de absorción o emisión en

su espectro.

Estas características se manifiestan ya se trate de un elemento puro o bien combinado

con otros elementos, por lo que se obtiene un procedimiento bastante fiable de

identificación.

Podemos, en definitiva, identificar la existencia de determinados elementos químicos

en la composición de sistemas inaccesibles, como pueden ser objetos astronómicos,

planetas, estrellas o sistemas estelares lejanos, aparte de que, también, y debido al

Efecto Doppler-Fizeau, podemos establecer una componente de velocidad de

acercamiento o alejamiento de nosotros.

Ya sabemos que cuando hacemos pasar la luz a través de un prisma óptico se produce

el efecto llamado dispersión que consiste en la separación de las distintas longitudes

de onda que forman el rayo incidente.

La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que

contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que

la integran.

Page 16: Teoria Atomica nuev

Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso y sometidos a temperaturas

elevadas producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas

que corresponden a emisiones de sólo algunas longitudes de onda. El siguiente

gráfico muestra el espectro de emisión del Na (sodio):

El conjunto de líneas espectrales que se obtiene para un elemento concreto es siempre

el mismo, incluso si el elemento forma parte de un compuesto complejo, y cada

elemento produce su propio espectro diferente al de cualquier otro elemento. Esto

significa que cada elemento tiene su propia firma espectral.

Si hacemos pasar la luz blanca por una sustancia antes de atravesar el prisma sólo

pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por dicha sustancia

y obtendremos el espectro de absorción de dicha sustancia. El gráfico siguiente

muestra el espectro de absorción del sodio:

Observa que el sodio absorbe las mismas longitudes de onda que es capaz de emitir.

La regularidad encontrada en los espectros discontinuos supone un apoyo muy

importante para comprender la estructura de los átomos.

Ondas de radio

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Son ondas electromagnéticas producidas por el hombre con un

circuitooscilante.

1 cm < lambda < 1 km

Se emplean en radidifusión, las ondas usadas en la televisión son las de

longitud de onda menor y las de radio son las de longitud de onda mayor. Las

radioondas más largas se reflejan en la ionosfera y se pueden detectar en antenas

situadas a grandes distancias del foco emisor. Las ondas medias se reflejan menos en

la ionosfera, debido a su gran longitud de onda pueden superar obstáculos, por lo que

pueden recorrergrandes distancias.

Para superar montañas necesitan repetidores. Las ondas cortas no se reflejan

en la ionosfera, requieren repetidores más próximos. Se transmiten a cualquier

distancia mediante los satélites artificiales. Este tipo de ondas son las que emiten la

TV,teléfonos móviles y los radares.

Ondas Infrarrojas

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La "luz" infrarroja tiene una longitud de onda más larga que la luz visible. La

luz roja tiene una longitud de onda más larga que la de los demás colores de la luz; la

luz infrarroja tiene una longitud de onda aún mayor que la roja, de manera que la luz

infrarroja es una especie de luz "más roja que roja" o luz "más allá del color rojo". La

radiación infrarroja no se puede ver pero algunas veces la podemos sentir en forma de

calor.

La radiación infrarroja se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio

del espectro electromagnético. La radiación infrarroja (IR) tiene longitudes de ondas

entre 1 milímetro y 750 nanómetros. La longitud de onda de la luz roja tiene 700

nanómetros (o 7 000 Å). La radiación infrarroja oscila con frecuencias entre 300

gigahertz (GHz ó 109hertz) y 400 terahertz (THz ó 1012hertz).

El espectro infrarrojo se puede subdividir en infrarrojo lejano (1 mm a 10 µm

longitud de onda), infrarrojo medio (10 a 2.5 µm longitud de onda), y casi infrarrojo

(2 500 a 750 nm longitud de onda). La porción del IR lejano que incluye la longitudes

de onda entre 100 y 1 000 µm, es algunas veces conocida como infrarrojo extremo.

Las fronteras no siempre son obvias, y las diferencias entre la IR extrema y las

frecuencias de radio de microondas son poco obvias.

Podemos sentir el calor de la radiación infrarroja. El calor que sienten nuestras

manos cuando las colocamos cerca de la hornilla de una cocina, una vez que se ha

apagado la hornilla (y ya no está al rojo vivo) y que aún no está completamente fría

es, radiación infrarroja.

La atmósfera de la Tierra es opaca en gran parte debido a la parte infrarroja

del espectro. El vapor de agua, dióxido de carbono, metano y otros gases

invernaderos tienden a absorber la radiación infrarroja (IR), atrapando calor adicional

en la atmósfera inferior de la Tierra.

Los lentes de visión nocturna, así como el control remoto de una TV usan

"luz" infrarroja para poder funcionar.

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Luz Visible

La luz visible es una de las formas como se desplaza la energía. Las ondas de

luz son el resultado de vibraciones de campos eléctricos y magnéticos, y es por esto

que son una forma de radiación electromagnética (EM). La luz visible es tan sólo uno

de los muchos tipos de radiación EM, y ocupa un pequeño rango de la totalidad del

espectro electromagnético. Sin embargo, podemos percibir la luz directamente con

nuestros ojos, y por la gran importancia que tiene para nosotros, elevamos la

importancia de esta pequeña ventana en el espectro de rayos EM.

Las ondas de luz tienen longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (4 000

y 7 000 Å). A medida que el arcoíris se llena de matices, nuestros ojos perciben

diferentes longitudes de ondas de luz. La luz roja tiene longitudes de onda

relativamente largas, aproximadamente 700 nm (10-9 metros) de largo. La luz azul y

la luz morada tienen ondas cortas, aproximadamente 400 nm. Las ondas más cortas

vibran a mayores frecuencias, y tienen energías más elevadas. Las luz roja tiene una

frecuencia aproximada de 430 terahertz, mientras que la frecuencia de la luz azul es

Page 20: Teoria Atomica nuev

de aproximadamente 750 terahertz. Los fotones rojos tienen aproximadamente 1.8

electrón-Volt(eV) de energía, mientras que cada fotón azul transmite

aproximadamente 3.1 eV.

Los vecinos de la luz visible en el espectro EM son la radiación infrarroja de

un lado, y luz ultravioleta del otro lado. La radiación infrarroja tiene longitudes de

ondas más largas que la luz roja, es por esto que oscila a una frecuencia menor y lleva

consigo menor energía. La radiación ultravioleta tiene longitudes de ondas más cortas

que la luz azul o violeta, por lo que oscila más rápidamente, y porta mayor cantidad

de energía por protón que la luz visible.

La luz viaja a la increíble velocidad de 299 792 458 kilómetros por segundo

(aproximadamente 186 282.4 millas por segundo). A esta increíble velocidad, ¡la luz

podría girar más de siete veces alrededor de la Tierra en cada segundo!. La letra "c"

minúscula se usa en las ecuaciones para representar la velocidad de la luz, como es el

caso de la famosa relación entre energía y materia de Einstein: "E = mc2". Todas las

formas de ondas electromagnéticas, incluyendo los rayos X y las ondas de radio, y

todas las demás frecuencias a lo largo del espectro EM, también viajan a la velocidad

de la luz. La luz viaja más rápidamente en el vacío, y se mueve más lentamente en

materiales como agua o vidrio.

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Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material

cuando se hace incidir sobre la radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta,

en general). A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y

la materia:

Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia

o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio

hacia la mitad del siglo XIX.

Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en

energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884.

Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887,

al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión

alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja

en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó

en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la

luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre

los cuantos de Max Planck. Más tarde Robert AndrewsMillikan pasó diez años

experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para

finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran

condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.

Rayos X

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Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que

las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los

rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental con los rayos

gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se

producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor

energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X

surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica,

fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los

rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma

producidos naturalmente. Los rayos X son una radiación ionizante porque al

interactuar con la materia produce la ionización de los átomos de la misma, es decir,

origina partículas con carga (iones).

Los rayos x, son energía electromagnética invisible, la cual es utilizada, como

una manera para obtener o sacar imágenes internas de los tejidos, huesos y órganos de

nuestro cuerpo u organismo.

Es por medio de este proceso, que un especialista, determina si los huesos de

un paciente están intactos o rotos, luego de un accidente. De la misma manera, uno se

puede enterar de lesiones internas en los órganos. Además, los rayos x, son utilizados

para descubrir si una persona posee o no, algún tumor cancerígeno.

La historia de los rayos x comienza con los experimentos del científico

William Crookes, en el siglo XIX, quien investigó los efectos de ciertos gases, en

conjunto con descargas de energía. Estos experimentos, se desarrollaban en un tubo

que contenía al vacío, y electrodos para que se generaran corrientes de alto voltaje. El

lo llamó tubo de Crookes. Pues bien, este tubo al estar cerca de placas fotográficas,

generaba en las mismas algunas imágenes ciertamente borrosas. Pero este físico

inglés, no continuó investigando mayormente este efecto.

Page 23: Teoria Atomica nuev

Es así, como NikolaTelsa en 1887, comenzó a estudiar este efecto creado por

medio de los tubos de Crookes. Claro que tras su investigación, se dio cuenta de los

peligros para los organismos biológicos de estas radiaciones y alerto a la comunidad

científica.

Pero no fue hasta 1895, que Wilhelm Conrado Röntgen, que es considerado

quien inventó los rayos x, documentando estos experimentos con tubos al vacío fue el

primero en llamar rayos x a la radiación emitida, por ser de tipo desconocida. Por

ello, este científico fue galardonado con el primer Premio Nobel de Física. Más

adelante en sus experimentos notó casualmente que esta radiación podía atravesar

objetos materiales y dejar impresiones de su paso a través de estos y por supuesto, al

pasar a través del cuerpo humano con sus huesos; se dió cuenta de esto al sujetar con

su mano objetos para la experimentación. En 1896 publicó su descubrimiento y dio la

primera demostración.

Rayos Ultravioleta

Es un tipo de radiación. La luz ultravioleta (UV) tiene una longitud de onda

más corta que la de la luz visible. Los colores morado y violeta tienen longitudes de

onda más cortas que otros colores de luz, y la luz ultravioleta tiene longitudes de

ondas aún más cortas que la ultravioleta, de manera que es una especie de luz "más

morada que el morado" o una luz que va "más allá del violeta".

La radiación ultravioleta se encuentra entre la luz visible y los rayos X del

espectro electromagnético. La "luz" ultravioleta (UV) tiene longitudes de onda entre

380 y 10 nanómetros. La longitud de onda de la luz ultravioleta tiene

aproximadamente 400 nanómetros (4 000 Å).La radiación ultravioleta oscila entre

valores de 800 terahertz (THz ó 1012hertz) y 30 000 THz.

Algunas veces, el espectro ultravioleta se subdivide en los rayos UV cercanos

(longitudes de onda de 380 a 200 nanómetros) y un rayo UV extremo (longitudes de

Page 24: Teoria Atomica nuev

onda de 200 a 10 nm). El aire normal es generalmente opaco para los rayos UV

menores a 200 nm (el extremo del rayo de los rayos UV); el oxígeno absorbe la "luz"

en esa parte del espectro de rayos UV.

En términos de impactos sobre el medio ambiente y la salud de los seres

humanos (¡y en su elección de anteojos de sol!), podría ser de utilidad subdividir el

espectro de luz UV de diferente manera, por ejemplo, en UV-A ("luz negra" u onda

larga de rayos UV con longitud de onda de 380 a 315 nm), UV-B (onda mediana

desde 315 hasta 280 nm), y UV-C (el "germicida" u onda corta de rayos UV, que

oscila entre 280 y 10 nm).

La atmósfera de la Tierra previene que la mayoría de los rayos UV

provenientes del espacio lleguen al suelo. La radiación UV-C es completamente

bloqueada a unos 35 km. de altitud, por el ozono estratosférico. La mayoría de los

rayos UV-A llegan hasta la superficie, pero los rayos UV-A hacen poco daño

genético a los tejidos. Los rayos UV-B son responsables de las quemaduras de Sol y

el cáncer de piel, aun cuando la mayoría es absorbida por el ozono justo antes de

llegar a la superficie. Los niveles de radiación UV-B existentes en la superficie son

particularmente sensibles a los niveles de ozono en la estratosfera.

La radiación ultravioleta causa quemaduras de la piel. También se usa para

esterilizar envases de vidrio usados en investigaciones médicas y biológicas.

Rayos Gamma

Page 25: Teoria Atomica nuev

La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación

electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por

elementos radiactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par

positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en

fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo

de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la

radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las

células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La energía de esta naturaleza se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un MeV

corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10 − 11 m o

frecuencias superiores a 1019Hz.

Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel o

estado excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos

radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a

que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado

electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares,

la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos,

que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar,

hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural.

En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la superficie

de la Tierra, pues son absorbidos en la alta atmósfera. Para observar el universo en

estas frecuencias, es necesario utilizar globos de gran altitud u observatorios

espaciales. En ambos casos se utiliza el efecto Compton para detectar los rayos

gamma. Estos rayos gamma se producen en fenómenos astrofísicos de alta energía

como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas. En astrofísica se

Page 26: Teoria Atomica nuev

denominan GRB (Gamma RayBursts) a fuentes de rayos gamma que duran unos

segundos o unas pocas horas siendo sucedidos por un brillo decreciente de la fuente

en rayos X durante algunos días. Ocurren en posiciones aleatorias del cielo y su

origen permanece todavía bajo discusión científica. En todo caso parecen constituir

los fenómenos más energéticos del Universo.

La excepción son los rayos gamma de energía por encima de unos miles de

MeV (o sea, gigaelectronvoltios o GeV), que, al incidir en la atmósfera, producen

miles de partículas (cascada atmosférica extensa) que, como viajan a velocidades

cercanas a las de la luz en el aire, generan radiación de Cherenkov. Esta radiación es

detectada en la superficie de la Tierra mediante un tipo de telescopio llamado

telescopio Cherenkov.

Rayos Alfa

Page 27: Teoria Atomica nuev

Las partículas o rayos alfa (α) son núcleos completamente ionizados, es decir,

sin su envoltura de electrones correspondiente, de helio-4 (4He). Estos núcleos están

formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga

eléctrica es positiva (+2qe), mientras que su masa es de 4 uma.

Se generan habitualmente en reacciones nucleares o desintegración radiactiva

de otros núclidos que se transmutan en elementos más ligeros mediante la emisión de

dichas partículas. Su capacidad de penetración es pequeña; en la atmósfera pierden

rápidamente su energía cinética, porque interaccionan fuertemente con otras

moléculas debido a su gran masa y carga eléctrica, generando una cantidad

considerable de iones por centímetro de longitud recorrida. En general no pueden

atravesar espesores de varias hojas de papel.

Tiene una carga de coulombs y una masa de kg.

Rayos Beta

Page 28: Teoria Atomica nuev

Son radiaciones de partículas formadas por electrones o positrones emitidos

desde un núcleo en desintegración beta y que viajan a gran velocidad. Puesto que son

partículas con carga positiva o negativa, ionizan directamente.

Los rayos beta son partículas cargadas emitidas por ciertos núcleos

radiactivos. Estas partículas, que son idénticas, excepto en el signo de la carga, se

clasifican en positrones (+) y negatrones (-), que son idénticos a los electrones del

átomo. El intervalo de energía cinética con que aparecen estas partículas oscila entre

cero y 3-5 MeV.

Un rayo beta de 5 MeV de energía se detiene en 1 cm de material de densidad

superior a 2.8 g/mL. El paso de los rayos beta a través de la materia es

macroscópicamente observable por el efecto calórico, debido a la energía cinética

disipada. Esta radiación también puede provocar ciertas reacciones químicas y

producir cambios estructurales en los materiales por donde pasa, por ejemplo,

decolorar al vidrio. Los instrumentos para detectar los rayos beta son la cámara de

ionización, el contador Geiger, el contador proporcional y el detector de centelleo.

Las radiaciones ionizantes como los protones, deuterones, partículas alfa y

neutrones, pueden producirse simultáneamente cuando una partícula de energía alta

choca y rompe un átomo.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga

similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o

absorción de una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un

estado plasmático.

La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (que, junto con el

níquel, tiene la mayor energía de enlace por nucleón) libera energía en general,

Page 29: Teoria Atomica nuev

mientras que la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía; y

viceversa para el proceso inverso, fisión nuclear. En el caso más simple de fusión del

hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear

fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de

energía.

La fusión nuclear se produce de forma natural en las estrellas. La fusión

artificial también se ha logrado en varias empresas, aunque todavía no ha sido

totalmente controlada. Sobre la base de los experimentos de transmutación nuclear de

Ernest Rutherford conducidos unos pocos años antes, la fusión de núcleos ligeros

(isótopos de hidrógeno) fue observada por primera vez por Mark Oliphant en 1932;

los pasos del ciclo principal de la fusión nuclear en las estrellas posteriormente fueron

elaborados por Hans Bethe durante el resto de esa década. La investigación sobre la

fusión para fines militares se inició en la década de 1940 como parte del Proyecto

Manhattan, pero no tuvo éxito hasta 1952. La investigación sobre la fusión controlada

con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta hoy en día.

Fisión Nuclear

Page 30: Teoria Atomica nuev

La fisión es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en

el núcleoatómico. La fisión ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más

núcleos pequeños, además de algunos subproductos.

Neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del

núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta

energía).

La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico lo que supone que se

liberan cantidades sustanciales de energía. El proceso genera mucha más energía que

la liberada en las reacciones químicas convencionales, en las que están implicadas

las cortezas electrónicas; la energía se emite, tanto en forma de radiación

gamma como de energía cinética de los fragmentos de la fisión, que calentarán

la materia que se encuentre alrededor del espacio donde se produzca la fisión.

La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del

núcleo de un átomo fisionable con una partícula de la energía correcta; la otra

partícula es generalmente un neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el

núcleo, haciéndolo inestable (como una pirámide de naranjas en el supermercado

llega a ser inestable si alguien lanza otra naranja en ella a la velocidad correcta). El

núcleo inestable entonces se partirá en dos o más pedazos: los productos de la fisión

que incluyen dos núcleos más pequeños, hasta siete neutrones libres (con una media

de dos y medio por reacción), y algunos fotones.

Los núcleos atómicos lanzados como productos de la fisión pueden ser

varios elementos químicos. Los elementos que se producen son resultado del azar,

pero estadísticamente el resultado más probable es encontrar núcleos con la mitad

de protones y neutrones del átomo fisionado original.

Page 31: Teoria Atomica nuev

Los productos de la fisión son generalmente altamente radiactivos, no

son isótopos estables; estos isótopos entonces decaen, mediante cadenas de

desintegración.

Reactivo Nuclear

Las Reacciones Nucleares son aquellas donde se altera la composición de los

núcleos atómicos liberándose enormes cantidades de energía.

Características de las reacciones nucleares 

• Las reacciones nucleares son producidas por partículas nucleares. 

• Las reacciones nucleares causan transmutación de los elementos, conversión

de un átomo a otro.

• Las reacciones nucleares ocurren con cambios de energía que superan a las de

las reacciones químicas. 

Page 32: Teoria Atomica nuev

• Las reacciones nucleares son independientes de las condiciones ambientales. 

• La reactividad nuclear de un elemento es independiente de la forma en que se

halle, bien sea libre o formando compuestos.

Un reactor

nuclear es un dispositivo

en donde se produce

una reacción

nuclear controlada. Se puede utilizar para la obtención de energía en las denominadas

centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como el plutonio, para

ser usados en armamento nuclear, la propulsión de buques o de satélites artificiales o

la investigación. Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente solo

producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión, aunque

existen reactores nucleares de fusión experimentales.

También podría decirse que es una instalación física donde se produce,

mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor

nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal

producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden

disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para

producir energía eléctrica.

La potencia de un reactor de fisión puede variar desde unos

pocos kW térmicos a unos 4500 MW térmicos (1500 MW "eléctricos"). Deben ser

instalados en zonas cercanas al agua, como cualquier central térmica, para refrigerar

el circuito, y deben ser emplazados en zonas sísmicamente estables para evitar

Page 33: Teoria Atomica nuev

accidentes. Poseen grandes medidas de seguridad. No emiten gases que dañen la

atmósfera pero producen residuos radiactivos que duran decenas de miles de años, y

que deben ser almacenados para su posterior uso en reactores avanzados y así reducir

su tiempo de vida a unos cuantos cientos de años.

Teoría de la Reactividad

La teoría de la relatividad incluye dos teorías (la de la relatividad especial y la de la relatividad general) formuladas por Einstein a principios del siglo XX, que pretendían resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo.

La teoría especial de la relatividad, también llamada teoría de la relatividad

restringida, es una teoría física publicada en 1905 por Albert Einstein. Surge de la

observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de

referencia inerciales y de sacar todas las consecuencias del principio de relatividad de

Galileo, según el cual cualquier experiencia hecha en un sistema de referencia inercial

se desarrollará de manera idéntica en cualquier otro sistema inercial.

La teoría especial de la relatividad estableció nuevas ecuaciones que permitían

pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Las ecuaciones correspondientes

conducen a fenómenos que chocan con el sentido común, siendo uno de los más

asombrosos y más famosos la llamada paradoja de los gemelos.

La relatividad especial tuvo también un impacto en la filosofía, eliminando

toda posibilidad de existencia de un tiempo y de un espacio absoluto en el conjunto

del universo.

La teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del

campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert

Einstein en 1915 y 1916.

El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría especial de la

relatividad. Los principios fundamentales introducidos en esta generalización son

el Principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos

Page 34: Teoria Atomica nuev

distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y

el principio de covariancia generalizado.

La intuición básica de Einstein fue postular que en un punto concreto no se

puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y

un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió también

reformular el campo de la cosmología.

Experimento de Broglie

En 1924, el físico francés, Louis-Victor de Broglie (1892-1987), formuló

una hipótesis en la que afirmaba que:

Toda la materia presenta características tanto ondulatorias como corpusculares

comportándose de uno u otro modo dependiendo del experimento específico.

Para postular esta propiedad de la materia De Broglie se basó en la

explicación del efecto fotoeléctrico, que poco antes había dado Albert

Einstein sugiriendo la naturaleza cuántica de la luz. Para Einstein, la energía

transportada por las ondas luminosas estaba cuantizada, distribuida en pequeños

paquetes energía o cuantos de luz, que más tarde serían denominadosfotones, y cuya

energía dependía de la frecuencia de la luz a través de la relación:  , donde   

es la frecuencia de la onda luminosa y   la constante de Planck. Albert Einstein

proponía de esta forma, que en determinados procesos las ondas electromagnéticas

que forman la luz se comportan como corpúsculos. De Broglie se preguntó que por

qué no podría ser de manera inversa, es decir, que una partícula material (un

corpúsculo) pudiese mostrar el mismo comportamiento que una onda.

El físico francés relacionó la longitud de onda, λ (lambda) con la cantidad de

movimiento de la partícula, mediante la fórmula:

Page 35: Teoria Atomica nuev

donde λ es la longitud de la onda asociada a la partícula de masa m que se mueve a

una velocidad v, y h es la constante de Planck. El producto   es también el módulo

del vector , o cantidad de movimiento de la partícula. Viendo la fórmula se aprecia

fácilmente, que a medida que la masa del cuerpo o su velocidad aumentan, disminuye

considerablemente la longitud de onda.

Esta hipótesis se confirmó tres años después para los electrones, con la

observación de los resultados del experimento de la doble rendija de Young en

la difracción de electrones en dos investigaciones independientes. En la Universidad

de Aberdeen, George Paget Thomson pasó un haz de electrones a través de una

delgada placa de metal y observó los diferentes esquemas predichos. En

los Laboratorios Bell, Clinton Joseph Davisson y Lester Halbert Germer guiaron su

haz a través de una celda cristalina.

La ecuación de De Broglie se puede aplicar a toda la materia. Los cuerpos

macroscópicos, también tendrían asociada una onda, pero, dado que su masa es muy

grande, la longitud de onda resulta tan pequeña que en ellos se hace imposible

apreciar sus características ondulatorias.

De Broglie recibió el Premio Nobel de Física en 1929 por esta hipótesis.

Thomson y Davisson compartieron el Nobel de 1937 por su trabajo experimental.

Ecuación de Onda

La ecuación de Schrödinger fue desarrollada por el físico austríaco Erwin

Schrödinger en 1925. Describe la evolución temporal de una partícula masiva no

relativista. Es de importancia central en la teoría de la mecánica cuántica, donde

Page 36: Teoria Atomica nuev

representa para las partículas microscópicas un papel análogo a la segunda ley de

Newton en la mecánica clásica. Las partículas microscópicas incluyen a las partículas

elementales, tales como electrones, así como sistemas de partículas, tales como

núcleos atómicos.

En mecánica cuántica, el estado en el instante t de un sistema se describe por

un elemento del espacio complejo de Hilbert — usando la notación bra-ket de

Paul Dirac. representa las probabilidades de resultados de todas las medidas

posibles de un sistema.

La evolución temporal de se describe por la ecuación de Schrödinger :

donde

: es la unidad imaginaria ;

: es la constante de Planck normalizada (h/2π) ;

: es el hamiltoniano, dependiente del tiempo en general, el observable

corresponde a la energía total del sistema ;

: es el observable posición ;

: es el observable impulso.

Como con la fuerza en la segunda ley de Newton, su forma exacta no la da la

ecuación de Schrödinger, y ha de ser determinada independientemente, a partir de las

propiedades físicas del sistema cuántico.

Debe notarse que, contrariamente a las ecuaciones de Maxwell que describen la

evolución de las ondas electromagnéticas, la ecuación de Schrödinger es no

relativista. Nótese también que esta ecuación no se demuestra: es un postulado. Se

Page 37: Teoria Atomica nuev

supone correcta después de que Davisson y Germer hubieron confirmado

experimentalmente la hipótesis de Louis de Broglie.

Para más información del papel de los operadores en mecánica cuántica, véase la

formulación matemática de la mecánica cuántica.

Función de Onda

La función de onda se refiere a la ecuación de Schrödinger que calcula en

términosprobabilísticos, más o menos el momento y lugar donde puede localizarse un

electrón en un átomo, debido a que las teorías de la época y anteriores los situaban

como fijos en los átomos. La función de onda es un modelo válido para átomos

pequeños con un electrón o dos en sus orbitas. Si es posible extender la explicación a

nivel "molécula" , sería más o menos encontrar la probabilidad de encontrar el

electrón de enlace en un momento y espacio dado, para moléculas pequeñas.

Una función de onda de orbital atómico (o de valencia) tiene la cualidad de

solo tomar en cuenta términos de un solo átomo aislado.

Pero si tú tienes una molécula entonces ya tienes al menos dos átomos por lo

que necesitas una nueva función de onda.

La función de onda para un orbital molecular será una combinación lineal

(espero que comprendas ese término) de las funciones de onda de los orbitales

atómicos (como una primera aproximación).

Esto es debido a que la función de onda para un orbital atómico sirve para

describir la distribución electrónica en el átomo.

Page 38: Teoria Atomica nuev

Pero al analizar moléculas se requiere describir la distribución electrónica

tanto en las regiones que se puede decir "pertenecen a cada átomo" como a aquella

región en donde haya una mayor densidad electrónica, es decir, un enlace.

Las funciones de onda se deben de ir mejorando para que al aplicar los

operadores correspondientes te den valores más cercanos a la realidad y se deben de

conservar con una cualidad de "asimétricas" para poder ser tomadas como válidas

para modelar el comportamiento de los electrones.

También deben de mejorarse los operadores aplicados a la función de onda

apra tomar en cuenta las interacciones que se tienen núcleo-electrón o bien de todos

los núcleos y los electrones (por eso se agregan términos al operados Hamiltoniano

para describir mejor la energía cinética o la energía potencial del sistema).

En realidad son cosas conceptuales muy densas en cuanto a matemáticas pero

espero que esto haya despejado un poco tu duda.

Número cuántico

Los números cuánticos son unos números que se conservan en los sistemas

cuánticos. Corresponden con aquellos observables que conmutan con el Hamiltoniano

del sistema. Así, los números cuánticos permiten caracterizar los estados

estacionarios, es decir los estados propios del sistema.

En física atómica, los números cuánticos son valores numéricos discretos que

nos indican las características de los electrones en los átomos, esto está basado en la

teoría atómica de Niels Bohr que es el modelo atómico más aceptado y utilizado en

los últimos tiempos por su simplicidad.

Page 39: Teoria Atomica nuev

En física de partículas también se emplea el término números cuánticos para

designar a los posibles valores de ciertos observables o magnitud física que poseen un

espectro o rango posible de valores discreto.

Conjunto de números cuánticos

El conjunto de números cuánticos más ampliamente estudiado es el de un

electrón simple en un átomo: a causa de que no es útil solamente en química, siendo

la noción básica detrás de la tabla periódica, valencia y otras propiedades, sino

también porque es un problema resoluble y realista.

En particular, se refiere a los números que caracterizan los estados propios

estacionarios de un electrón de un átomo hidrogenoide y que, por tanto, describen los

orbitales atómicos. Estos números cuánticos son:

I)El número cuántico principal n Este número cuántico indica la distancia

entre el núcleo y el electrón, medida en niveles energéticos, pero la distancia

media en unidades de longitud también crece monótonamente con n. Los

valores de este número, que corresponde al número del nivel energético,

varían entre 1 e infinito, mas solo se conocen átomos que tengan hasta 7

niveles energéticos en su estado fundamental.

II) El número cuántico del momento angular o azimutal (l =

0,1,2,3,4,5,...,n-1), indica la forma de los orbitales y el subnivel de energía en

el que se encuentra el electrón. Un orbital de un átomo hidrogenoide tiene l

nodos angulares y n-1-l nodos radiales. Si:

l = 0:Subórbita "s" ("forma circular") →s proviene de sharp (nitido) (*)

l = 1:Subórbita "p" ("forma semicircular achatada") →p proviene de principal

(*)

Page 40: Teoria Atomica nuev

l = 2:Subórbita "d" ("forma lobular, con anillo nodal") →d proviene de difuse

(difuso) (*)

l = 3:Subórbita "f" ("lobulares con nodos radiales") →f proviene de

fundamental (*)

l = 4:Subórbita "g" (*)

l = 5:Subórbita "h" (*)

III) El número cuántico magnético (m, ml), Indica la orientación espacial

del subnivel de energía, "(m = -l,...,0,...,l)". Para cada valor de l hay 2l+1

valores de m.

IV) El número cuántico de espín (s, ms), indica el sentido de giro del campo

magnético que produce el electrón al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 y -

1/2.

En resumen, el estado cuántico de un electrón está determinado por sus

números cuánticos:

nombre símbolosignificado

orbitalrango de valores valor ejemplo

número cuántico

principalshell o capa

número cuántico

secundario o

azimutal (momento

angular)

subshell o

subcapa

para :

Page 41: Teoria Atomica nuev

número cuántico

magnético,

(proyección del

momento angular)

energía shift

para

:

número cuántico

proyección de espínespín

para un electrón, sea:

Principio de la incertidumbre

Werner K. Heisenberg, físico alemán conocido por enunciar el principio de incertidumbre que lleva su nombre en 1927, siendo una contribución fundamental para la teoría cuántica.

El principio de incertidumbre de Heisenberg, también conocido la “relación de indeterminación”, afirma la imposibilidad de realizar la medición precisa de la posición y del momento lineal (cantidad de movimientos) de una partícula al mismo tiempo. Esto produce que las partículas, en su movimiento no tienen una trayectoria definida.

Heisenberg presentó su modelo atómico, negándose a describir al átomo como un compuesto de partículas y ondas, ya que pensaba que cualquier intento de

Page 42: Teoria Atomica nuev

describir al átomo de dicha manera fracasaría. El prefería hacer referencia a los niveles de energía o a las órbitas de los electrones, usando términos numéricos, utilizando lo que llamó“mecánica de matriz”.

Para conseguir entender  mejor este principio, se suele pensar en el electrón, ya que para realizar la medida o para poder ver a esta partícula se necesita la ayuda de un fotón, que choque contra el electrón modificando su posición, así como su velocidad, pero siempre se comete un error al intentar medirlo, por muy perfecto que sea el instrumental que utilizamos para el experimento, éste introducirá un fallo imposible de anular.

Si en un estado concreto se realizan varias copias iguales de un sistema, como puede ser un átomo, las medidas que se realicen de la posición y cantidad de movimiento, difieren según la distribución de la probabilidad que haya en el estado cuántico de dicho sistema. Las medidas del objeto que se esté observando se verán afectadas por una desviación estándar, designada como Δx, para la posición y Δp, para el movimiento. Se comprueba así el principio de indeterminación que matemáticamente se expresa como:

Δx . Δp ≥ h/2π

donde “h” es la constante de Planck con un valor conocido de h= 6.6260693 (11) x 10^-34 J.s

La indeterminación posición-momento no se produce en la física de sistemas clásicos, ya que ésta se utiliza en estados cuánticos del átomo, siendo h demasiado pequeña. La forma más conocida, que reemplaza el principio de indeterminación para el tiempo-energía se escribe como:

ΔE. Δt ≥ h/2π

Siendo esta la relación que se utiliza para estudiar la definición de la energía del vacío, y en la mecánica cuántica, se usa para estudiar la formación de partículas virtuales y sus consecuencias.

A parte de las dos relaciones anteriores, existen otras “desigualdades”, como por ejemplo Ji, en el momento angular total de un sistema:

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En donde i, j y k son diferentes y Ji expresa el momento angular en un eje Xi :

ΔJi ΔJj ≥ h/2π │( Jk)│

En un sistema cuántico de 2 magnitudes físicas, por ejemplo, a y b, interpretadas por operadores como A y B, no será factible preparar sistemas en el estado Ψ, si los desvíos estandar de a y b no cumplen la condición:

ΔΨA . ΔΨB ≥ ½ │( Ψ [ A,B ] Ψ ) │

El principio de incertidumbre tiene sus consecuencias, pues produce un cambio en la física, ya que se pasa de tener un conocimiento totalmente preciso en la teoría, pero no en el conocimiento, que se encuentra basado en probabilidades.Este resultado, como tanto otros en la mecánica cuántica, sólo afecta a la fisicoquímica subatómica, debido a que la constante de Planck es bastante pequeña, en un universo macroscópico la incertidumbre cuántica es despreciable, y continúan teniendo validez las teorías relativistas, como la de Einstein.

En mecánica cuántica, las partículas no siguen caminos definidos, no se puede saber el valor exacto de las magnitudes físicas que explican el estado de movimiento de una partícula, solamente una estadística de su distribución, por lo cual  tampoco se puede saber la trayectoria de una partícula. Pero, en cambio si se puede decir que hay una cierta probabilidad de que una partícula esté en una región concreta del espacio en un momento dado.

Se suele decir que el determinismo científico, se anula con el carácter probabilístico de la cuántica, pero existen diversas formas de interpretar la mecánica cuántica, y por ejemplo, Stephen Hawking comenta que la mecánica cuántica en sí, es determinista, siendo posible que su supuesta indeterminación sea porque verdaderamente no existen posiciones o velocidades de partículas, sino que todo sean ondas. Así, los físicos y químicos cuánticos intentarían insertar a las ondas dentro de las ideas previas sobre posiciones y velocidades.

El “principio de incertidumbre” influyó notablemente en el pensamiento físico y filosófico de la época. Es frecuente leer que el principio de la incertidumbre borra

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todas las certezas de la naturaleza, dando a entender, que la ciencia no sabe ni sabrá nunca hacia donde se dirige, ya que el conocimiento científico depende de la imprevisibilidad del Universo, donde la relación causa- efecto no siempre van de la mano.

Heisenberg obtuvo el premio Nobel de física en 1932, gracias a las grandes aportaciones que dio a la mecánica cuántica. Su principio de incertidumbre jugó un papel importante, no solo en la ciencia , sino también en el avance del pensamiento filosófico actual.

Anexos

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