Page 307 - Quimica - Undécima Edición

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica 277

a teoría cuántica nos ayuda a predecir y entender la función que desempeñan los electrones en
Lla química. De cierto modo, el estudio de los átomos nos lleva a contestar las siguientes pre-
guntas:
1. ¿Cuántos electrones están presentes en determinado átomo?
2. ¿Qué energía posee un electrón individual?
3. ¿En qué parte del átomo se encuentran los electrones?

Las respuestas a estas preguntas tienen relación directa con el comportamiento de todas las
sustancias en las reacciones químicas y la búsqueda de respuestas es un marco fascinante para el
presente capítulo.

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica

Los primeros intentos de los físicos del siglo xix para comprender el comportamiento de
los átomos y las moléculas no fueron exitosos del todo. Al suponer que las moléculas se
comportan como pelotas que rebotan, los físicos fueron capaces de predecir y explicar
algunos fenómenos macroscópicos, como la presión que ejerce un gas. Sin embargo, este
modelo no era satisfactorio para entender del todo la estabilidad de las moléculas , es
decir, no podía explicar qué fuerzas mantenían unidos a los átomos. Pasó mucho tiempo
para que se descubriera (y aún más para que se aceptara) que las propiedades de los áto-
mos y las moléculas no son gobernadas por las mismas leyes físicas que rigen los objetos
más grandes.
1
La nueva era de la física comenzó en 1900 con el joven físico alemán Max Planck.
Al examinar los datos de la radiación que emitían los sólidos calentados a diferentes
temperaturas, Planck descubrió que los átomos y las moléculas emiten energía sólo en
cantidades discretas o cuantos . Los físicos siempre habían supuesto que la energía era un
proceso continuo y que en el proceso de radiación se podía liberar cualquier cantidad de
energía. La teoría cuántica de Planck revolucionó la física. Sin duda, la serie de investi-
gaciones que siguió a este descubrimiento modifi có para siempre el concepto de la natu-
raleza.

Propiedades de las ondas
Para comprender la teoría cuántica de Planck, es necesario tener cierto conocimiento
acerca de la naturaleza de las ondas . Podemos pensar en una onda como una alteración
vibracional mediante la cual se transmite la energía. Las propiedades básicas de una
onda se ilustran con un tipo muy conocido de ondas: las del agua (fi gura 7.1). La variación
regular de las crestas y los valles hace posible percibir la propagación de las ondas.
Las propiedades características de las ondas son su longitud y altura, así como el
número de ondas que pasan por determinado punto en un segundo (fi gura 7.2). La longi-
tud de onda , (lambda), es la distancia entre puntos iguales de ondas sucesivas. La
Figura 7.1 Ondas de agua
frecuencia , (nu), es el número de ondas que pasan por un punto particular en un se-
oceánica.
gundo. La amplitud de la onda es la distancia vertical de la línea media de una onda a
su cresta o a su valle .
La velocidad es otra de las propiedades importantes de una onda, que depende del
tipo de onda y el medio en el cual viaja (por ejemplo, aire, agua o vacío). La velocidad
(u) de una onda es el producto de su longitud y frecuencia:

u 5 ln (7.1)

1
Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947). Físico alemán. Planck recibió el Premio Nobel en Física en 1918
por su teoría cuántica. También realizó contribuciones importantes en termodinámica y otras áreas de la física.