MECANICA CUANTICA

Mecánica cuántica

La Mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud infinita y a la vez la posición y la velocidad de una partícula (véase Principio de indeterminación de Heisenberg), entre otros. A tales efectos suele denominárseles "efectos cuánticos". Así, la Mecánica cuántica es la que rige el movimiento de sistemas en los cuales los efectos cuánticos sean relevantes. Se ha documentado que tales efectos son importantes en materiales mesoscópicos (unos 1.000 átomos).

Las suposiciones más importantes de esta teoría son las siguientes:
La energía no se intercambia de forma continua, sino que en todo intercambio energético hay una cantidad mínima involucrada.

Al ser imposible fijar a la vez la posición y la velocidad de una partícula, se renuncia al concepto de trayectoria, vital en Mecánica clásica. En vez de eso, el movimiento de una partícula queda regido por una función matemática que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, la probabilidad de que la partícula descrita se halle en tal posición en ese momento (al menos, en la interpretación de la Mecánica cuántica más usual, la probabilística o "de Copenhagen"). A partir de esa función, o función de onda, se extraen teóricamente todas las magnitudes del movimiento necesarias.

Aunque la estructura formal de la teoría está bien desarrollada, no sucede lo mismo con su interpretación, que sigue siendo objeto de controversias.

La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX. El hecho de que la energía se intercambiaba de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes: Espectro de la radiación del Cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía. Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió a aparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energía. Efecto Compton.

El desarrollo formal de la teoría fue obra de los esfuerzos conjuntos de muchos y muy buenos físicos y matemáticos de la época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Albert Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr y Von Neumann entre otros (la lista es larga). En general, la región de origen de la Mecánica cuántica puede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.

NUMEROS CUANTICOS

La propuesta de Schrodinger , considerado como el 5° modelo atómico , radica en describir las características de todos los electrones de un átomo , y para ello uso lo que conocemos como números cuánticos .

Los números cuánticos se denominan con las letras n, m, l y s y nos indican la posición y la energía del electrón. Ningún electrón de un mismo átomo puede tener los mismos números cuánticos.

El significado de los números cuánticos es :

n = número cuántico principal, que indica el nivel de energía donde se encuentra el electrón, asume valores enteros positivos, del 1 al 7 .

l = número cuántico secundario, que indica el orbital en el que se encuentra el electrón , puede ser s , p , d y f (0 , 1 , 2 y 3 ).

m = número cuántico magnético , representa la orientación de los orbitales en el espacio, o el tipo de orbital , dentro de un orbital especifico. Asume valores del número cuántico secundario negativo (-l) pasando por cero, hasta el número cuántico positivo (+l) .

s = número cuántico de spin, que describe la orientación del giro del electrón. Este número tiene en cuenta la rotación del electrón alrededor de su propio eje a medida que se mueve rodeando al núcleo. Asume únicamente dos valores +1/2 y -

En resumen los números cuanticos se expresan :

n : Nivel de energía (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)

l : Orbital (s=0, p=1, d=2 y f=3) de l =0 (orbital s) hasta n - 1.

m : magnético (m=-l ,0 +1) desde -l, pasando por cero,hasta +l.

s : spin (-1 , + 1 ).

Los numeros cuanticos son s, p, d, f.

“ n “ = representa los niveles de energía. (desde 1 hasta 7)

“ l “  = representa las formas geométricas de los orbitales (de cero  hasta   n-1)

“ m “ = representa  la orientación en el espacio de estos orbitales (desde – l  hasta  + l  pasando por  cero )

“ s”  =  representa el sentido de giro del electrón sobre su propio eje  ( + ½  y  – ½ 

 formas geométricas (l = n-1) de los orbitales:

“ l “  =  0      ------>>   s    (esférica)

“ l “  =  l      ------>>    p    (ovoides)

“ l “  =  2    ------>>     d    (ovoides y anillo)

 “ l “  =  3    ------>>     f    (otra)

Cuántas formas geométricas  ( l ) o sea orbitales (desde –l hasta +l ) puede haber según el nivel (n)?

Si  n = 1      l = 0,    hasta  l =1-1 = 0       0            o sea      1S

Si  n =  2     l = 0,   hasta  l = 2-1 = 1       0,1         o sea      2S  2P

Si  n =  3     l = 0,   hasta  l = 3-1 = 2       0, 1, 2      o sea     3S  3P  3d

Si  n =  4     l = 0,    hasta  l = 4-1 = 3       0, 1, 2, 3   o sea   4S  4P  4d   4f

¿ Cuántas orientaciones en el espacio (m) presenta cada forma geométrica ( l )  o sea cada tipo de orbital (n)?

 (desde –l hasta +l pasando por cero

tipo  S :    l = 0     (  0 )    una sola orientación:  S

tipo   P:    l =  1    ( -1,  0,   +1 )     tres orientaciones :     Px,   Py,   Pz

tipo   d:    l =  2    ( -2,  -1,  0,   +1,  +2 )    cinco orientaciones:  d1,  d2,  d3, d4, d5

tipo   f:     l =  3    ( -3,  -2,  -1,  0,   +1, +2,  +3 )   siete orientaciones: f1----f7

Según el “principio de exclusión de Pauli”  solo dos electrones pueden ocupar cada orbital .”.

 S :     una sola orientación:  S     :   2 electrones

 P:      tres orientaciones :     Px,   Py,   Pz  :   6 electrones

 d:      cinco orientaciones:    d1,   d2,   d3,  d4,  d5 :  10 electr.

 f:       siete orientaciones:    f1…f7 :  14 electrones

    1S²

    2S²   2P⁶

    3S²   3P⁶   3d¹⁰

    4S²   4P⁶   4d¹⁰   4f¹⁴

    5S²   5P⁶   5d¹⁰   5f ¹⁴   5g

    6S²   6P⁶   ---------------------

    7S²    ------------------------------

MECANICA CUANTICA

Mecánica cuántica

La Mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notar se efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud infinita y a la vez la posición y la velocidad de una partícula (véase Principio de indeterminación de Heisenberg), entre otros. A tales efectos suele denominárseles "efectos cuánticos". Así, la Mecánica cuántica es la que rige el movimiento de sistemas en los cuales los efectos cuánticos sean relevantes. Se ha documentado que tales efectos son importantes en materiales mesoscópicos (unos 1.000 átomos).

Las suposiciones más importantes de esta teoría son las siguientes:

La energía no se intercambia de forma continua, sino que en todo intercambio energético hay una cantidad mínima involucrada.

Al ser imposible fijar a la vez la posición y la velocidad de una partícula, se renuncia al concepto de trayectoria, vital en Mecánica clásica. En vez de eso, el movimiento de una partícula queda regido por una función matemática que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, la portabilidad de que la partícula descrita se halle en tal posición en ese momento (al menos, en la interpretación de la Mecánica cuántica más usual, la probabilística o "de Copenhagen"). A partir de esa función, o función de onda, se extraen teóricamente todas las magnitudes del movimiento necesarias.

Aunque la estructura formal de la teoría está bien desarrollada, no sucede lo mismo con su interpretación, que sigue siendo objeto de controversias.

La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX. El hecho de que la energía se intercambiaba de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes:

Espectro de la radiación del Cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía.

Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió a aparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energía.

Efecto Compton.

El desarrollo formal de la teoría fue obra de los esfuerzos conjuntos de muchos y muy buenos físicos y matemáticos de la época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Albert Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr y Von Neumann entre otros (la lista es larga). En general, la región de origen de la Mecánica cuántica puede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.

Conjunto de números cuánticos

En particular, se refiere a los números que caracterizan los estados propios estacionarios de un electrón de un átomo hidrogenoide y que, por tanto, describen los orbitales atómicos. Estos números cuánticos son:

I) El número cuántico principal n Este número cuántico indica la distancia entre el núcleo y el electrón, medida en niveles energéticos, pero la distancia media en unidades de longitud también crece monótonamente con n. Los valores de este número, que corresponde al número del nivel energético, varían entre 1 e infinito, mas solo se conocen átomos que tengan hasta 7 niveles energéticos en su estado fundamental.

II) El número cuántico del momento angular o azimutal (l = 0,1,2,3,4,5,...,n-1), indica la forma de los orbitales y el subnivel de energía en el que se encuentra el electrón. Un orbital de un átomo hidrogenoide tiene l nodos angulares y n-1-l nodos radiales. Si:

'l = 0: Subórbita "s" ("forma circular") →s proviene de sharp (nitido) (*)

l = 1: Subórbita "p" ("forma semi circular achatada") →p proviene de principal (*)

l = 2: Subórbita "d" ("forma lobular, con anillo nodal") →d proviene de difuse (difuso) (*)

l = 3: Subórbita "f" ("lobulares con nodos radiales") →f proviene de fundamental (*)

l = 4: Subórbita "g" (*)

l = 5: Subórbita "h" (*)

(*) Para obtener mayor información sobre los orbitales vea el artículo Orbital.

III) El número cuántico magnético (m, m_l), Indica la orientación espacial del subnivel de energía, "(m = -l,...,0,...,l)". Para cada valor de l hay 2l+1 valores de m.

IV) El número cuántico de espín (s, m_s), indica el sentido de giro del campo magnético que produce el electrón al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 y -1/2.

Los números cuánticos son s, p, d, f.

“n “= representa los niveles de energía. (Desde 1 hasta 7)

“l “= representa las formas geométricas de los orbitales (de cero  hasta   n-1)

“m “= representa  la orientación en el espacio de estos orbitales (desde – l  hasta  + l  pasando por  cero)

“s”  =  representa el sentido de giro del electrón sobre su propio eje  (+ ½  y  – ½ 

 formas geométricas (l = n-1) de los orbitales:

“l “=  0      ------>>   s    (esférica)

“l “=  l      ------>>    p    (ovoides)

“l “=  2    ------>>     d    (ovoides y anillo)

 “l “=  3    ------>>     f    (otra)

Cuántas formas geométricas  (l) o sea orbitales (desde –l hasta +l) puede haber según el nivel (n)?

Si  n = 1      l = 0,    hasta  l =1-1 = 0       0            o sea      1S

Si  n =  2     l = 0,   hasta  l = 2-1 = 1       0,1         o sea      2S  2P

Si  n =  3     l = 0,   hasta  l = 3-1 = 2       0, 1, 2     

Si  n =  4     l = 0,    hasta  l = 4-1 = 3       0, 1, 2, 3   o sea   4S  4P  4d   4f

¿Cuántas orientaciones en el espacio (m) presenta cada forma geométrica ( l )  o sea cada tipo de orbital (n)?

 (Desde –l hasta +l pasando por cero

Tipo  S:    l = 0     (0)    una sola orientación: S

Tipo   P:    l =  1    (-1,  0,   +1)     tres orientaciones:     Px,   Py,   Pz

tipo   d:    l =  2    ( -2,  -1,  0,   +1,  +2 )    cinco orientaciones:  d1,  d2,  d3, d4, d5

Tipo   f:     l =  3    (-3,  -2,  -1,  0,   +1, +2,  +3)   siete orientaciones: f1----f7

Según el “principio de exclusión de Pauli”  solo dos electrones pueden ocupar cada orbital.”.

 S :     una sola orientación:  S     :   2 electrones

 P:      tres orientaciones:     Px,   Py,   Pz:   6 electrones

 d:      cinco orientaciones:    d1,   d2,   d3,  d4,  d5 :  10 electr.

 f:       siete orientaciones:    f1…f7 :  14 electrones

    1S²

    2S²   2P⁶

    3S²   3P⁶   3d¹⁰

    4S²   4P⁶   4d¹⁰   4f¹⁴

    5S²   5P⁶   5d¹⁰   5f ¹⁴   5g

    6S²   6P⁶   ---------------------

    7S²    ------------------------------

MI TABLA PERIODICA Y MI TABLA CUANTICA

TABLA PERIODICA:

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos basándose en la variación manual de las propiedades químicas, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos. La forma actual es una versión modificada de la de Mendeléyev; fue diseñada por Alfred Werner.

Historia

La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física:

• El descubrimiento de los elementos de la tabla periódica.
• El estudio de las propiedades comunes y la clasificación de los elementos.
• La noción de masa atómica (inicialmente denominada "peso atómico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de número atómico.
• Las relaciones entre la masa atómica (y, más adelante, el número atómico) y las propiedades periódicas de los elementos.

TABLA CUANTICA:

La tabla cuántica, es una clasificación de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades químicas, como consecuencia y función de la distribución electrónica obtenida de los valores de los números cuánticos. Al igual que en la tabla periódica, en la cuántica los elementos están agrupados en periodos y familias.

La tabla cuántica tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y señalados en la parte izquierda. Estos son el resultado de la suma de los valores de n + l que presentan los elementos. Por ejemplo, el galio esta ubicado en el periodo 5, mostrado a la izquierda del elemento en Iínea recta horizontal, y corresponde a la suma de los valores de n + I que tiene el galio; el valor den para el galio se obtiene subiendo en diagonal hacia la derecha y es 4, y el valor de t se ubica en la parte superior de la tabla y es 1, por lo que 4 + 1=5, que corresponde al numero de periodo en el que esta ubicado el elemento. Existen 32 familias en la tabla cuántica y están ubicadas en columnas verticales. ilos elementos que pertenecen a la misma familia presentan, para su electrón diferencial, valores iguales en los números cuánticos n, t y s (localizados en la parte superior), siendo solo el valor de n el que varía de un elemento a otro.

Por ejemplo, observa que todos los elementos de la tercera familia (B, Al, Ga, In,Ti), tienen valor de I - 1, m = -1, 0, 1 y s = |; en cambio, el valor de n varía para cada elemento: B = 2, Al = 3, Ga = 4, In = 5, Tl = 6.

En la tabla cuántica también están clasificados los elementos por clases, que se indican en la parte inferior y son s, p, d y f y corresponden a los valores de I.

Clases —— cuando l = 0

Clase p —— cuando l - 1

Clase d —— cuando l - 2

Clase f —— cuando l=3

Empleando la tabla cuántica, es muy fácil conocer de la configuración electrónica de los átomos, el último subnivel y los electrones que este tiene.

OXIDACCIÓN DE LOS ALIMENTOS (PASOS DEL METODO CIENTIFICO)

OXIDACIÓN DE LOS ALIMENTOS:

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La oxidación es una reacción química que se produce en la fruta al reaccionar con el oxígeno del aire. En nuestro experimento se aprecia fácilmente por la coloración oscura que adquiere la superficie de la manzana.

La oxidación de la fruta puede retardarse por refrigeración o envolviéndola con un plástico para que el oxigeno no entre en contacto con la fruta.

Otra opción para retardar la oxidación es añadir un poco de jugo de limón a la fruta. El jugo de limón contiene vitamina C (ácido ascórbico) que actúa como antioxidante. Es por esto que en muchos restaurantes las ensaladas de fruta llevan un poco de jugo de limón que mantiene los trozos de frutas con su color original.

La Oxidación es el proceso mediante el cual hay pérdida aparente de electrones de un átomo o ión.  La Reducción consiste en lo contrario, el proceso mediante el cual hay una ganancia aparente de electrones de un átomo o ión.    Por tanto, la reacción Oxidación-Reducción debe ocurrir por pares.

La Oxidación puede ser rápida, si vemos sus efectos o lentas si no podemos hacerlo, por ejemplo, Oxidaciones lentas son: la respiración, la corrosión de metales, la putrefacción de la madera, etc.

La Oxidación de los alimentos, Oxidación Biológica – Metabolismo, consiste en que los microorganismos de la flora intestinal oxidan los compuestos orgánicos reducidos de los alimentos que ingerimos y liberan con ello una gran cantidad de energía.  Esta energía la almacenan en moléculas almacenadoras de energía ATP que se usarán para construir nuevas células.

Lo que encontró el estudio, es que si comemos gran cantidad de carbohidratos y grasas en nuestras comidas, la Oxidación de los Alimentos inflamará nuestros vasos sanguíneos, pero si previamente, ingerimos un vaso de jugo de naranja, sus efectos serán en gran parte mitigados.

Te invito a que si vas a comer una comida rápida pruebes tomando un vaso de jugo de naranja antes de ella y una infusión caliente después de la misma.   Sigue este consejo y coméntame tu experiencia.

Porque las frutas contienen hierro, cuando cortamos la fruta este hierro toma contacto con el oxigeno del aire y se oxida, por eso adquiere ese color rojizo o amorronado, un buen ejemplo es la manzana, esta fruta tiene mucho hierro en su composición química, a los pocos minutos de cortarse se pone de color rojizo.

Básicamente se produce por la presencia en los tejidos de una enzima llamada poli fenol oxidasa (PPO) y cuando uno corta una manzana, con el corte se libera la enzima que se encuentra en las células de la fruta. Al liberarse, la enzima oxida (para esto interviene oxígeno) los fenoles (compuestos aromáticos) presentes en las células.
Esta reacción produce compuestos de color marrón.

 

LOS ANTIOXIDANTES

Los antioxidantes protegen contra la oxidación no deseada y permiten que se produzca la oxidación que es beneficiosa para nuestro organismo. Como verá, no todas las moléculas reactivas de oxígeno son malas. Algunas se producen en funciones normales de vida como es la respiración. Este mismo proceso de oxidación, sin embargo, puede interrumpir el trabajo de células humanas sanas. Estas moléculas oxidadas reactivas, o radicales libres, pueden atacar a los componentes vitales de la célula, dañando las membranas celulares, inactivando importantes enzimas del organismo y alterando la información genética del ADN. Demasiados radicales libres pueden crear serios problemas de salud.

Afortunadamente, numerosos alimentos que nosotros tomamos son ricos en antioxidantes que protegen contra el daño de las células malignas. La vitamina C, que se encuentra en abundancia en cítricos y vegetales, es tal vez el antioxidante más conocido. La vitamina E, que es liposoluble, se puede encontrar en nueces, aceites vegetales sin retinar (maíz, semilla de algodón, soja, azafrán), germen de trigo y cereales integrales. El Beta Caroteno, que se convierte en vitamina A en el organismo, se puede encontrar en vegetales de hoja oscura, zanahorias y batatas.

METODO CIENTIFICO DE LA MANZANA:

OBSERVACION:

En este cambio de la manzana observe que su color era marrón y antes su color era entre amarillo y blanco.

CONOCER:

Investigue sobre este cambio y conocí el por qué el color marrón de la manzana.

En vez de llamar color marrón lo correcto es OXIDACIÓN; esto se da por que al momento que cortamos la manzana o cualquier fruta tiene contacto con el oxigeno (aire), Básicamente se produce por la presencia en los tejidos de una enzima llamada poli fenol oxidasa (PPO) y cuando uno corta una manzana, con el corte se libera la enzima que se encuentra en las células de la fruta. Al liberarse, la enzima oxida los fenoles (compuestos aromáticos) presentes en las células.
Esta reacción produce compuestos de color marrón.

HIPOTESIS:

Si una manzana se oxida entonces esto provoca que la enzima se libere.

Si se libera la enzima de la manzana o cualquier fruta entonces la enzima oxida lo fenoles presentes en las células.

TEORIA:

La oxidación es una reacción química que se produce en la fruta al reaccionar con el oxígeno del aire. En nuestro experimento se aprecia fácilmente por la coloración oscura que adquiere la superficie de la manzana.

La Oxidación es el proceso mediante el cual hay pérdida aparente de electrones de un átomo o ión.  La Reducción consiste en lo contrario, el proceso mediante el cual hay una ganancia aparente de electrones de un átomo o ión.    Por tanto, la reacción Oxidación-Reducción debe ocurrir por pares.

CONCLUSION:

MI CONCLUSION ES QUE TODA FRUTA O  ALIEMNTO SE OXIDA SI LO DEJAS A LA INTERPERIE OSEA TENER CONTACTO CON EL AIRE SE OXIDA.

EL SIGUENTE VIDEO TE MUESTRA LA OXIDACIÓN DE LA MANZANA.
http://www.youtube.com/watch?v=cU37biPdlKw

PARA MAS INFORMACIÓN VISITA LAS SIGUIENTES LINKS:

http://fq-experimentos.blogspot.com/2009/01/oxidacin-de-la-fruta.html

http://alimentatesanoyvivemejor.com/blog/oxidacion-de-los-alimentos-y-jugo-de-naranja.html

http://www.casapia.com/Paginacast/Paginas/Paginasdemenus/MenudeInformaciones/ComplementosNutricionales/LosAntioxidantes.htm