Física cuántica II

Principales aportes a la física cuántica:

Solución al problema de la radiación electromagnética. Max Planck descubrió que esta era emitida por cuerpos negros en forma de cuantos de energía. A su vez introdujo la constante de Planck, y llegó a la conclusión de que en cualquier átomo se emite radiación electromagnética en forma de cuantos. Algunos difieren de otros en tener poca o mucha energía, pero la mayoría la presenta en cantidades medias. Al igual que esta radiación, los rayos X, la luz y otras ondas también son emitidos en paquetes o cuantos.

Solución al problema de la inestabilidad de los átomos clásicos. Después de que Rutherford descubriese la existencia de neutrones en el núcleo atómico, Niels Bohr sostuvo que las órbitas se encuentran como capas, cada una con un limitado número de electrones. Esto proporcionaba estabilidad a un átomo. Los átomos estables se combinan entre sí para formar moléculas en las que comparten electrones lo que les permite, aparentemente, llenar sus órbitas.

Ecuación de Erwin Schrödinger y los números cuánticos. Fue desarrollada en 1925 para descubrir el comportamiento de objetos cuánticos. Dicha ecuación considera las siguientes partes: 

• Un núcleo atómico que concentre la mayor parte del volumen atómico.
• Los niveles energéticos de distribución de electrones.
• La dualidad onda-partícula.
• Probabilidad de encontrar al electrón.

La solución de esta ecuación da origen a los famosos cuatro números cuánticos, valores numéricos que proporcionan características más precisas de la posición de los electrones. Ningún electrón puede tener los mismos números cuánticos que otro. Estos números son:

Número cuántico principal (n): Indica el nivel energético en el que se encuentra el electrón. Determinado por la distancia en la que se encuentra con respecto al núcleo, a mayor número que represente dicho nivel, mayor distancia de lejanía se encontrará con respecto al núcleo. Se representa con números: 1, 2, 3, 4,…, n.

Número cuántico secundario (l): Indica el subnivel energético. También es conocido como el número cuántico del momento angular orbital. Se representa con estos números: 0, 1, 2,…, n-1.

Número cuántico terciario (m): Expresa la orientación del orbital en el espacio. Cada orbital posee un par de electrones como máximo. Representado por estos números: -l…o…+l. El número l tiene como máximo valor a 3.

Número cuántico de espín (s): El número de espín o de giro da a conocer el sentido de rotación del electrón. Solo hay dos valores: +1/2 y -1/2.

Comportamiento ondulatorio de la materia. Louis de Broglie se basó en la explicación del fenómeno fotoeléctrico establecido por Einstein y siguiendo la dualidad onda-corpúsculo de la luz, sostenía que las partículas subatómicas también tenían movimiento ondulatorio. También sostuvo que a los electrones se les asignaba un número orbital y de energía, tal como la vibración de ondas. Es por ello que creó una fórmula en la que se asignaba una longitud de onda a los electrones. En esta fórmula, la constante de Planck es igual al producto de la longitud de onda y el momento de una partícula.

La interpretación de Copenhague. Elaborada principalmente por Niels Bohr, se le llamó así por la ciudad danesa en la que residía tal científico. Incorpora el principio de incertidumbre y establece que no es posible conocer la posición y el momento de una partícula en el presente y de manera simultánea, pero las leyes de la mecánica cuántica aseveran que es posible conocer dicha información por separado y con referencia a un momento del pasado. También formuló el llamado principio de complementariedad que sostenía que dos propiedades complementarias de un cuerpo no se miden con total exactitud o no se pueden percibir al mismo tiempo. Cuanta más información precisa se obtenga de una de las propiedades, menos se obtendrá de la otra. Un ejemplo adecuado es la dualidad onda-partícula, podemos conocer el comportamiento ondulatorio o corpuscular por separado, pero no al mismo tiempo.