Mecánica Cuántica

Mecánica Cuántica
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La mecánica cuántica es la que trata de la física a nivel atómico y es donde se introducen conceptos como la incertidumbre, desconocidos en la física clásica. Se conoce a Max Planck como creador de la mecánica cuántica. El nombre de cuántica, viene de “cuantos”. Se refiere a la forma en la que la energía es absorbida o emitida. La energía se emite o se absorbe en forma de cuantos, no se emite o absorbe de forma continua.

Es imposible entender bien la tabla periódica, funcionamiento y reacciones de los átomos de los elementos químicos, sin unas breves nociones de mecánica cuántica. Por eso en este apartado vamos a poner alguno de los principios fundamentales de la misma.

ÁTOMO

Para comenzar a leer sobre mecánica cuántica, antes debes conocer bien la definición, concepto y estructura del átomo.

INTRODUCCIÓN MECÁNICA CUÁNTICA

Centrémosnos en la estructura del átomo con un núcleo con masa y electrones prácticamente sin masa dando vuelta alrededor del núcleo. Según la mecánica clásica, un electrón moviéndose alrededor de un núcleo de carga positiva (protón), emitiría una radiación (según el electromagnetismo las cargas aceleradas emiten radiación). Al emitir radiación, el electrón tendría que perder su energía y al perder su energía quedaría atrapado por la gravedad del núcleo, cayendo finalmente sobre el núcleo. Según este concepto, si tomamos como ejemplo el átomo más sencillo, el de Hidrógeno con sólo 1 electrón, éste caería sobre el nucleo y se desintegraría. Los átomos no se desintegran, por eso la solución que da la mecánica clásica para los átomos no nos sirve.

La mecánica cuántica es la que trata de la física a nivel atómico y es donde se introducen conceptos como la incertidumbre, desconocidos en la física clásica. Se conoce a Max Planck como creador de la mecánica cuántica. El nombre de cuántica, viene de “cuantos”. Se refiere a la forma en la que la energía es absorbida o emitida. La energía se emite o se absorbe en forma de cuantos, no se emite o absorbe de forma continua.

Para definir cómo se comportan los electrones moviéndose alrededor del núcleo, ya que no nos valen las leyes de Newton de la mecánica clásica, fue el físico austríaco, Erwin Schrödinger (1887-1961), el que desarrolló la ecuación de movimiento a nivel subatómico.

ECUACIÓN DE SHRODINGER

La ecuación de Shrodinger viene a ser lo mismo que las leyes de Newton para la mecánica clásica. Si en la mecánica clásica las leyes de Newton nos dan las ecuaciones para poder predecir trayectorias, velocidades y aceleraciones, la ecuación de Shrodinger nos lo da para la mecánica cuántica (o atómica).

La ecuación de Shordinger habla de probabilidades, ya que según la mecánica cuántica, no podemos saber la situación exacta de un eléctrón alrededor de un núcleo, sino que hablamos de probabilidades.

La ecuación de Shrodinger tiene sus orígenes en el modelo atómico de Bohr y en la dualidad onda-corpúsculo.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

El modelo, o la estructura de átomo, actualmente aceptada es el modelo atómico de Bohr. Bohr partía del modelo atómico de Rutherford (un átomo compuesto de núcleo y electrones) y del concepto de Plank de que la energía no podía ser emitida ni absorbida de forma contínua.

En el modelo atómico de Bohr, los electrones se mueven en diferentes órbitas específicas y cada órbita con un nivel de energía específico.  Cada órbita está identificada con un número entero n que va desde 1 en adelante. Este número “n” recibe el nombre de número cuántico principal.

Cada electrón puede saltar de una órbita a otra, liberando energía en caso de que baje a una órbita de nivel de energía inferior y absorbiéndola en caso de que suba a una órbita de un nivel de energía superior.

DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA

De acuerdo con la física clásica existen diferencias claras entre onda y partícula. Una partícula tiene una posición definida en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.

Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa”. (Stephen Hawking, 2001)

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