1: Capítulos
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- 1.1: Átomos y fotones- Origen de la Teoría Cuántica
- El origen de la teoría cuántica puede estar marcado por tres fenómenos diversos que involucran radiación electromagnética, lo que no pudo explicarse adecuadamente por los métodos de la física clásica. El primero de ellos fue la radiación de cuerpo negro. A continuación fue el efecto fotoeléctrico. El tercero fue el origen de los espectros de línea. Una formulación coherente de la mecánica cuántica se desarrolló finalmente en 1925 y 1926, principalmente obra de Schrödinger, Heisenberg y Dirac.
- 1.2: Ondas y Partículas
- Por toda su relevancia, el mundo cuántico difiere bastante dramáticamente del mundo de la experiencia cotidiana. Para entender la teoría moderna de la materia, se deben superar los obstáculos conceptuales de la variedad tanto psicológica como matemática. Una paradoja que estimuló el desarrollo temprano de la teoría cuántica se refería a la naturaleza indeterminada de la luz. La luz generalmente se comporta como un fenómeno de onda pero ocasionalmente traiciona un aspecto similar a una partícula, una tendencia esquizoide conocida como la dualidad onda-partícula.
- 1.3: Mecánica cuántica de algunos sistemas simples
- El sistema más simple en mecánica cuántica tiene la energía potencial V=0 en todas partes. A esto se le llama partícula libre ya que no tiene fuerzas que actúen sobre ella.
- 1.4: Principios de la Mecánica Cuántica
- Aquí continuaremos desarrollando el formalismo matemático de la mecánica cuántica, utilizando argumentos heurísticos según sea necesario. Esto conducirá a un sistema de postulados que serán la base de nuestras posteriores aplicaciones de la mecánica cuántica.
- 1.5: Oscilador armónico
- El oscilador armónico es un modelo que tiene varias aplicaciones importantes tanto en mecánica clásica como cuántica. Sirve como prototipo en el tratamiento matemático de fenómenos tan diversos como la elasticidad, la acústica, los circuitos de CA, las vibraciones moleculares y cristalinas, los campos electromagnéticos y las propiedades ópticas de la materia.
- 1.6: Momentum Angular
- El momento angular es el análogo rotacional del momento lineal. Es una cantidad importante en la física clásica porque es una cantidad conservada. La extensión de este concepto a las partículas en el mundo cuántico es sencilla.
- 1.7: Átomo de hidrógeno
- Bohr buscó evitar una catástrofe atómica al proponer que ciertas órbitas del electrón alrededor del núcleo pudieran quedar exentas de la electrodinámica clásica y mantenerse estables. El modelo de Bohr fue cuantitativamente exitoso para el átomo de hidrógeno, como veremos ahora. A diferencia de la partícula en una caja y el oscilador armónico, el átomo de hidrógeno es un sistema físico real que puede ser tratado exactamente por la mecánica cuántica.
- 1.8: Átomo de helio
- El segundo elemento de la tabla periódica proporciona nuestro primer ejemplo de un problema cuántico mecánico que no se puede resolver exactamente. Sin embargo, como mostraremos, los métodos de aproximación aplicados al helio pueden dar soluciones precisas en perfecta concordancia con los resultados experimentales. En este sentido, se puede concluir que la mecánica cuántica es correcta para átomos más complicados que el hidrógeno. Por el contrario, la teoría de Bohr fracasó miserablemente en los intentos de aplicarla más allá del átomo de hidrógeno.
- 1.9: La estructura atómica y la ley periódica
- La mecánica cuántica puede dar cuenta de la estructura periódica de los elementos, por cualquier medida un logro conceptual importante para cualquier teoría. Aunque los cálculos precisos se vuelven cada vez más desafiantes a medida que aumenta el número de electrones, los patrones generales de comportamiento atómico se pueden predecir con notable precisión.
- 1.11: Teoría Orbital Molecular
- La teoría orbital molecular es una extensión conceptual del modelo orbital, que se aplicó con tanto éxito a la estructura atómica. Como alguna vez se comentó juguetonamente, “una molécula no es más que un átomo con más núcleos”. Esto puede ser demasiado simplista. Nuestra comprensión de los orbitales atómicos comenzó con las soluciones exactas de un problema prototipo: el átomo de hidrógeno. Comenzaremos nuestro estudio de moléculas diatómicas homonucleares comenzando con otro prototipo exactamente solucionable, la molécula de hidrógeno-ion
- 1.12: Simetría Molecular
- En muchos casos, la simetría de una molécula proporciona una gran cantidad de información sobre sus estados cuánticos, incluso sin una solución detallada de la ecuación de Schrödinger. Una transformación geométrica que convierte una molécula en una copia indistinguible de sí misma se llama operación de simetría. Una operación de simetría puede consistir en una rotación alrededor de un eje, una reflexión en un plano, una inversión a través de un punto, o alguna combinación de estos.
- 1.13: Espectroscopia Molecular
- Nuestro conocimiento más detallado de la estructura atómica y molecular se ha obtenido a partir de espectroscopia-estudio de la emisión, absorción y dispersión de radiación electromagnética acompañando transiciones entre niveles de energía atómica o molecular. Mientras que los espectros atómicos involucran solo transiciones electrónicas, la espectroscopia de moléculas es más intrincada porque los grados de libertad vibracional y rotacional también entran en juego. Las observaciones tempranas de absorción o emisión por moléculas fueron de carácter
- 1.14: Resonancia Magnética Nuclear
- La resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica espectroscópica versátil y altamente sofisticada que se ha aplicado a un número creciente de aplicaciones diversas en ciencia, tecnología y medicina. Este capítulo considerará, en su mayor parte, la resonancia magnética que involucra protones.
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