Teoria mecano cuntica - Numeros cunticos

Cuestionario

1. Cual fue el aporte de James Maxell respecto a la radiacin

James Clerk Maxwell (1831-1879) estudiaba fascinado los fenmenos elctricos y magnticos descubiertos, entre otros, por Faraday. Ayudado por la contemplacin de las lneas de fuerza del campo magntico, que de manera ingeniosa haba hecho visible el cientfico Ingls usando limaduras de hierro y un imn, dedujo un sistema de ecuaciones las ecuaciones de Maxwell- que describan la estructura y relacin de estos campos elctricos y magnticos.Son cuatro ecuaciones que condensan todo el cuerpo de doctrina del electromagnetismo a nivel clsico. En otras palabras, todo fenmeno en el que participen la electricidad y magnetismo se puede describir a nivel de la Fsica clsica utilizando las ecuaciones de Maxwell. Hoy en da se considera que la teora electromagntica de Maxwell y la teora de Newton sobre el movimiento y gravedad, constituyen los pilares maestros de la Fsica clsica.Maxwell percibi que sus ecuaciones sugeran la existencia de ondas electromagnticas. Es decir, de sus ecuaciones se desprenda como un campo magntico variable creaba un campo elctrico y como la variacin del campo elctrico originaba a su vez el campo magntico variable, y que este proceso cclico originaba por tanto una onda electromagntica propagndose a lo largo del espacio. Tambin comprob que se poda calcular la velocidad con que se propagaban estas ondas y descubri, no sin cierta sorpresa y placer, que la velocidad era la medida para la velocidad de la luz. Para Maxwell la luz era tambin una radiacin electromagntica. Era extraordinario comprobar como su teora que unificaba la electricidad y magnetismo tambin era una teora de la luz!

2. Cual es la velocidad que alcanzan las ondas electromagnticas (300 0000 km/s)

3. Explique las ondas ultravioleta y las ondas ultravisible

Ultravioleta : Se producen por saltos electrnicos entre tomos y molculas excitados.30Ao< lambda < 4000 AoEl Sol es emisor de rayos ultravioleta, que son los responsables del bronceado de la piel. Es absorvida por la capa de ozono, y si se recibe en dosis muy grandes puede ser peligrosa ya que impiden la divisin celular, destruyen microorganismos y producen quemaduras y pigmentacin de la piel.Visible: Es la pequea parte del espectro electromagntico a la que es sensible el ojo humano.400 nm < lambda < 750 nmSe producen por saltos electrnicos entre niveles atmicos y moleculares. Las longitudes de onda uqe corresponden a los colores bsicos son:ROJODe 6200 a 7500 Ao

NARANJADe 5900 a 6200 Ao

AMARILLODe 5700 a 5900 Ao

VERDEDe 4900 a 5700 Ao

AZULDe 4300 a 4900 Ao

VIOLETADe 4000 a 4300 Ao

Radiacin infrarroja: Es emitida por cuerpos calientes y son debidas a vibraciones de los tomos.10-3m < lambda < 10-7mLa fotografa infrarroja tiene grandes aplicaciones,:en la industria textil se utiliza para identificar colorantes, en la deteccin de falsificaciones de obras de arte, en telemandos, estudios de aislantes trmicos, etc. En la foto se observa la fotografia en infrarojos de una mano:

4. Cual es el aporte de wilhem roentgen respecto a los rayos x

El descubrimiento de Rntgen, que tiene lugar en 1895, despierta enseguida un enorme inters en toda Europa. Por supuesto, sobre todo entre los mdicos, porque en adelante dispondrn de un medio de exploracin del cuerpo humano, tcnica que explotan inmediatamente. el desarrollo de las radiografas, comoparte importante en los diagnsticos mdicos, fue bastante rpido. Al observar que con ellas, las zonas duras o ms densas del cuerpo, aparecan de manera ntida en las fotografas, el campo traumatolgico, principalmente, vio posibilidades ilimitadas para mejorar su trabajo diario, como asimismo el relacionado con emergencias mdicas. Ms adelante, se le dio un uso, en la deteccin de tumores en el organismo humano.

5. Como se forma un arcoris

Laformacin delarcoris ocurre cuando la luz blanca que proviene delSolatraviesa las partculas de agua que se encuentran en la atmsfera. El agua de laatmsferaacta como un prisma traslcido a travs del cual se descompone la luz blanca en los siete colores.La forma arqueada del, valga la redundancia, arcoris, se debe en parte al ngulo en que las molculas de aguadescomponen los rayos deluz blanca, sin embargo, los arcoris son en realidad crculosenteros de los cuales solo vemos la mitad. cuando estas viendo el arco iris, el sol est por tu espalda y por encima de t, y la lluvia por delante , que es donde se forma el arco de unos 42 grados de radio.Ahora bien, en otras ocasiones el arcoris no tiene forma de arco, sino que tiene forma de una circunferencia completa y se lo denomina halo. Cuando sucede esto no son gotas de agua las que refractan los rayos de luz, sino partculas dehielopresentes en latropsfera.

6. Cual fue el gran aporte para la ciencia del matrimonio curie y en que situaciones fallecen cada uno de ellosMarie Curie y Pierre Curie estudiaron las hojas radiactivas, en particular eluranioen forma depechblenda, que tena la curiosa propiedad de ser ms radiactiva que el uranio que se extraa de ella. La explicacin lgica fue suponer que la pechblenda contena trozos de algn elemento mucho ms radiactivo que el uranio.Tambin descubren que eltoriopoda producir radioactividad. Tras varios aos de trabajo constante, a travs de la concentracin de varias clases de pechblenda, aislaron dos nuevoselementos qumicos. El primero, en1898, fue nombrado comopolonioen referencia a su pas nativo.Elpoloniofue el primerelemento qumicoque recibi su nombre por razonespolticas.3El otro elemento fue llamadoRadio(Ra) debido a su intensa radiactividad. Siempre trabajaron durante estos aos en un cobertizo y Pierre era el encargado de suministrar todos los medios y artilugios para que Marie trabajara. Pierre tena temporadas de una gran fatiga que incluso le obligaban a reposar en cama, adems de que los dos sufran quemaduras y llagas producidas por sus peligrosos trabajos radiactivos. En1902presentan el resultado y les invitan a todas las sedes cientficas y a todas las cenas y reuniones sociales, lo que les lleva a la fama. Los cientficos les mandaban cartas y losestadounidensesles pedan que dieran a conocer todos sus descubrimientos. Tanto Pierre como Marie aceptan y prestan todas sus investigaciones sin querer lucrarse de ello mediante patentes, un hecho que es aplaudido por todo el mundo. En1910demostr que se poda obtener un gramo de radio puro. Al ao siguiente recibi en solitario elPremio Nobel de Qumicaen la primavera de1934, Curie, despus de quedarse ciega, muri el4 de juliode 1934 en laClnica Sancellemoz, cerca dePassy(Alta Saboya,Francia), a causa de unaanemia aplsica, probablemente debida a las radiaciones a las que estuvo expuesta en sus trabajos, y cuyos nocivos efectos eran an desconocidos. Fue enterrada junto a su marido en el cementerio deSceaux, pocos kilmetros al sur de Pars.Pierre En1880descubri lapiezoelectricidadcon su hermanoJacques, es decir, el fenmeno por el cual al comprimir uncristal(cuarzo) se genera unpotencial elctrico. Posteriormente ambos hermanos demostraron el efecto contrario: que los cristales se pueden deformar cuando se someten a un potencial.Enunci en1894elprincipio universal de simetra: las simetras presentes en las causas de un fenmeno fsico tambin se encuentran en sus consecuencias.Durante su doctorado y los aos siguientes se dedic a investigar alrededor delmagnetismo. Desarroll unabalanza de torsinmuy sensible para estudiar fenmenos magnticos y estudi elferromagnetismo, elparamagnetismoy eldiamagnetismo. Como resultado de estos estudios, se destaca el descubrimiento del efecto de la temperatura sobre el paramagnetismo, conocido actualmente como laley de Curie. Tambin descubri que las sustancias ferromagnticas presentan una temperatura por encima de la cual pierden su carcter ferromagntico; esta temperatura se conoce como temperatura opunto de Curie.Pierre fue atropellado por un carruaje de seis toneladas el 19 de abril de 1906 y muri sin que nada se pudiera hacer por l

7. Que postula Max Planck en el siglo xx

El inters deMax Planckpor latermodinmicalo llev a crear lateora cuntica. Mientras intentaba explicar los colores de la materia cuando se calentaba, dijo que la energa estaba radiada en pequeos paquetes en lugar de en ondas continuas ininterrumpidas, y a este paquete lo nombr quanta.Tambin fue capaz de determinar cunta energa haba en cada uno de estos paquetes gracias a laconstante de Planck, que equivale a6.626 068 96 x 10-34 J sEsta constante tiene como dimensiones la energa multiplicada por el tiempo. Esta constante se utiliza en elpostulado de PlanckE=hf, dondehes una constante,Ees energa yfes la frecuencia de radiacin. Esta frmula se utiliza para medir las radiaciones electromagnticas emitidas por un objeto.Uno de los usos ms conocidos de losaportes de Planck a la cienciaesla creacin de los transistores.

8. Que es un cuanto

Enfsica, el trminocuantoocuantio(dellatnQuantum, pluralQuanta, que representa una cantidad de algo) denotaba en la fsica cuntica primitiva tanto el valor mnimo que puede tomar una determinadamagnituden unsistema fsico, como la mnima variacin posible de este parmetro al pasar de un estado discreto a otro.1Se hablaba de que una determinada magnitud estaba cuantizada segn el valor de cuanto. Es decir, cuanto es una proporcin hecha por la magnitud dada.Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema fsico estn cuantizadas se encuentra en el caso de lacarga elctricade un cuerpo, que slo puede tomar un valor que sea un mltiplo entero de lacarga del electrn.

9. Explique el efecto fotoelectrico de Albert Einstein

Einstein realiz importantes descubrimientos en elcampo fotoelctrico. stos le hicieron merecedor del Premio Nobel de Fsica en 1922.El efecto fotoelctrico afirma queun material es capaz de liberar o hacer circular electrones por un material conductor gracias a la energa recibida por un haz de luz. El haz de luz emite fotones (fotn = partcula portadora de todas las formas de radiacin). La energa transmitida por el fotn es absorbida por el electrn haciendo que este tenga la energa suficiente para escapar del tomo.El efecto fotoelctrico no fue un descubrimiento original de Einstein, sino que introdujo un cambio fundamental en su teora. Hasta el momento, se consideraba que la luz estaba formada por ondas continuas. Einstein postul quela luz estaba formada por paquetes de partculas, llamados fotones. Aadi que la energa de cadafotn de luz es igual a la frecuencia multiplicada por una constante. De este modo, un fotn per encima de un umbral de frecuencia tiene la energa requerida para expulsar un solo electrn, creando el efecto observado. As, la energa de electrones expulsados individuales aumenta linealmente con la frecuencia de la luz.El efecto fotoelctrico ha permitido desarrollar, adems del lser, satlites de comunicacin, etc.En 1905 A. Einstein pudo explicar el efecto fotoelctrico basndose en la hiptesis de Planck. Para esto Einstein supona que la radiacin electromagntica esta formada de paquetes de energa, y que dicha energa depende de la frecuencia de la luz:

A estos paquetes de energa se les denomin posteriormentefotones. De esta manera se puede explicar perfectamente el efecto fotoelctrico.Cuanto de energia = Energia Maxima del electron + funcion de trabajo de la superficie.

No todos los fotoelectrones tienen la misma energa ya que algunos se emiten desde sitios ms profundos y el trabajo que hay que realizar para arrancarlos del metal (funcin de trabajo) es mayor.

10. A que se refiere la naturaleza dual de la luz

A principios del siglo XX, Planck y Einstein encontraron que la teora ondulatoria de la luz no explicaba ciertos hechos experimentales. Por ejemplo, cuando se irradia luz sobre la superficie de ciertos metales, estos emiten electrones. Este hecho no sera extrao si se pensase que la luz como fuente de energa interacta con la materia arrancando electrones. Por lo tanto, sera de esperar que si se aumentase la intensidad de la luz, los electrones saliesen con ms velocidad, sin embargo, lo que ocurre, es que ha medida que aumenta la intensidad de la luz, el nmero de electrones que salen aumenta, pero todos ellos salen con la misma velocidad y para conseguir que aumente la velocidad de salida de los electrones hay que aumentar la frecuencia de la luz suministrada.Este fenmeno fue explicado por Planck en 1900 imaginando que la luz est compuesta por paquetes de ondas llamados cuantos o fotones, es decir, que la luz posee una naturaleza corpuscular. Cada fotn posee una determinada energa que slo depende de su frecuencia:dondeues la frecuencia de la luz y h la llamada constante de Planck cuyo valor es de 6'67.10-34J.s. A mayor frecuencia mayor energa de la luz incidente y como la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda, a menor longitud de onda, mayor energa. En el siguiente grfico se muestra desde las ondas menos energticas, que son las ondas de radio hasta las ms energticas que son los rayos :

Para liberar un electrn hace falta una energa mnima h..o, dondeoes la frecuencia umbral y por debajo de ella no se arrancan electrones. A medida que la frecuencia aumenta, la energa es mayor y por tanto la velocidad de salida de los eaumenta. Sin embargo, si aumenta la intensidad de la luz se aumenta el nmero de fotones, pero no la energa de stos, por lo tanto saldrn ms e-pero todos con la misma velocidad.Hay ciertos fenmenos de la luz que no se pueden explicar por la teora corpuscular de la luz y slo son explicables atendiendo a la teora ondulatoria, por eso se habla de la naturaleza dual de la luz (onda y corpsculo).Se ha observado que cuando la luz interacta con los tomos, stos absorben radiacin electromagntica incluso por debajo de la frecuencia umbral, sin embargo, cada tomo absorbe nicamente luz de determinadas frecuencias. Hay aparatos que registran estas frecuencias o longitudes de onda de la radiacin absorbida, denominados espectroscopios.

11. Que es un espectro de la emision? Seale ejemplos

El espectro de emisin de un elemento qumico o compuesto qumico es el espectro de frecuencias de la radiacin electromagntica emitida debido a los electrones de un tomo haciendo una transicin de un estado de alta energa a un estado de menor energa. La energa del fotn emitido es igual a la diferencia de energa entre los dos estados. Hay muchas posibles transiciones de electrones para cada tomo, y cada transicin tiene una diferencia de energa especfica. Esta coleccin de diferentes transiciones, dando lugar a diferentes longitudes de onda radiada, conforman un espectro de emisin. Espectro de emisin de cada elemento es nico. Por lo tanto, la espectroscopia puede ser utilizada para identificar los elementos en cuestin de composicin desconocida. Del mismo modo, los espectros de emisin de las molculas se puede utilizar en el anlisis qumico de las sustancias.

Ejemplos: gases ionizados

12. Para q se utilizan los especros de emision qumica

13. Explique la teoria de Bhor para el atomo de hidrogeno

El modelo de Bohr es muy simple y recuerda al modelo planetario de Coprnico, los planetas describiendo rbitas circulares alrededor del Sol. El electrn de un tomo de hidrgeno describe rbitas circulares, pero los radios de estas rbitas no pueden tener cualquier valor.Consideremos un tomo o in con un solo electrn. El ncleo de cargaZees suficientemente pesado para considerarlo inmvil, la fuerza elctrica hace el papel de fuerza centrpeta.En el modelo de Bohr solamente estn permitidas aquellas rbitas cuyo momento angular est cuantizado.Su momento angular cumple: m v r = n h / 2pDonde n es lo que llamamos nmero cuntico principal (n=1 para la primera rbita, n=2 para la segunda....)

La energa liberada al caer el electrn desde una rbita a otra de menor energa se emite en forma de fotn, cuya frecuencia viene dada por la ecuacin de Planck:Ea- Eb= h nMediante este postulado Bohr logr explicar las lneas del espectro del hidrgeno.

14. Explique el estado excitado y el estado fundamental de la teoria de Bohr

Normalmente el electrn en un tomo de hidrgeno se encuentra en la rbita ms prxima al ncleo (n=1). Esta es la energa permitida ms baja, o elestado fundamental. Cuando el electrn adquiere un cuanto de energa pasa a un nivel ms alto (n=2,3, ...) se dice entonces que el tomo se encuentra en unestado excitado. En este estado excitado el tomo no es estable y cuando el electrn regresa a un estado ms bajo de energa emite una cantidad determinada de energa, que es la diferencia de energa entre los dos niveles.

15. Que es un foton

es lapartcula elementalresponsable de las manifestacionescunticasdel fenmenoelectromagntico. Es lapartcula portadorade todas las formas de radiacin electromagntica, incluyendo losrayos gamma, losrayos X, laluz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagntico), laluz infrarroja, lasmicroondasy lasondas de radio. El fotn tiene unamasa invariantecero,Nota 1y viaja en el vaco con una velocidad constante. Como todos loscuantos, el fotn presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpsculo"). Se comporta como una onda en fenmenos como larefraccinque tiene lugar en una lente, o en la cancelacin por interferencia destructiva deondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partcula cuando interacta con la materia para transferir una cantidad fija de energa, que viene dada por la expresin.

dondehes laconstante de Planck,ces lavelocidad de la luzyes lalongitud de ondayla frecuencia de la onda. Esto difiere de lo que ocurre con las ondas clsicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias de energa. Para laluz visible, la energa portada por un fotn es de alrededor de 41019julios; esta energa es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la visin.1Adems de energa, los fotones llevan tambin asociado unmomento linealy tienen unapolarizacin. Siguen las leyes de lamecnica cuntica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para un fotn dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarizacin, posicin o momento lineal. Por ejemplo, aunque un fotn puede excitar una molcula, a menudo es imposible predecir cul ser la molcula excitada.

16. Realize un breve resumen de los 4 puntos. La es en la teoria de Bhor?

17. Cual fue la causa de que la teoria de bhor no prosperara

el modelo atmico de Bohr tiene una importancia cientfica considerable, como ya se ha demostrado, pero posee serias limitaciones cuando se quiere extender este modelo a los dems tomos diferentes del hidrgeno. Con tomos que contienen ms de un electrn, se observ discrepancias entre las longitudes de onda de los radios espectrales emitidos y los complementos de onda calculados. Sin embargo, la fsica consigui evolucionar basndose en los postulados de Bohr que no tenan justificacin terica. La teora de Bohr fue ampliada, revisada y a pesar de las grandes modificaciones que fueron introducidas, permaneca incompleta, porque no explicaba todos los fenmenos observados. Entonces se constat que la deficiencia era del modelo porque no representaba la realidad de la naturaleza.Las limitaciones del modelo de Bohr fueron el punto de partida para el desarrollo de la Mecnica Cuntica, cuyos conceptos, mucho ms amplios, explican la estructura del tomo. Sin embargo, las ecuaciones obtenidas a travs de la mecnica cuntica no permiten la visualizacin de un "modelo" de tomo y, por esta razn el modelo planetario de Bohr permanece como una necesidad para comprender la teora atmica (Halliday, Resnick, Walke, 2005)4.En su teora Bohr explica el comportamiento de un electrn del tomo de hidrgeno, en rbita circular fija. Ms tarde, en 1915, el propio Bohr y Sommerfeld admitieron la existencia de orbitales elpticos, donde el ncleo del tomo ocupa uno de los focos. Con el concepto de orbitales elpticos, se podra concluir que puede existir varios conjuntos de orbitales con momentos angulares diferentes, pero con la misma energa.Esto oblig a introducir otro nmero cuntico (l), el orbital. Finalmente en 1925, fue introducido el cuarto nmero cuntico, spin (s), para indicar el sentido de rotacin del electrn sobre su propio eje. Por lo tanto, el estado energtico de un electrn orbital est caracterizado por un conjunto de nmeros cunticos (n, l, m, s).

18. Explique la regla de rydberg

REGLA DE RYDBERG.- El mximo de electrones que puede contener un determinado nivel es igual al doble del cuadrado del numero cuantico secundario(n) contando a partir del mas cercano al ncleoFormula : 2n2NIVEL (n)Regla de rydbergN Max de Electrones

K(1)2 x 122

L(2)2 x 228

M(3)2 x 3218

N(4)2 x 4232

O(5)32

P(6)18

Q(7)8

R(8)2