Pregunta:
Espectros de emisión atómica: mecánica clásica versus mecánica cuántica
Ana Laura Mendoza
2015-09-15 22:45:19 UTC
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En clase, nos presentaron por primera vez la mecánica clásica y cómo Bohr usó el electrón de hidrógeno para explicar el espectro de emisión atómica de ese elemento. Y tenía sentido. Pero la mecánica clásica no logra explicar otras cosas, por lo que saltamos a la mecánica cuántica. Y aprendemos sobre las ideas de Newton sobre las partículas de luz, y cómo Einstein dijo que los cuantos de luz se llaman fotones, y cómo Louis de Broglie sugirió que las partículas de materia también pueden comportarse como ondas.

Pero estoy frustrado porque, si bien el libro explica la historia de la mecánica cuántica y el principio de incertidumbre de Heisenberg, no explica cómo la mecánica cuántica tiene algo que ver con los espectros de emisión atómica. Entonces mi pregunta es, ¿cómo explica la mecánica cuántica el espectro de emisión atómica de los elementos mejor que la mecánica clásica?

¿Y cuánto de la mecánica clásica no tiene en cuenta lo que hace la mecánica cuántica? Entonces, ¿la idea de que un electrón que se mueve de un nivel de energía alto a un nivel de energía más bajo en un átomo libera energía / luz solo es cierta para el hidrógeno y falsa para todos los demás elementos? ¿Cómo puede ser esto cierto?

Dos respuestas:
#1
+3
Wildcat
2015-09-15 23:11:35 UTC
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En primer lugar, la mecánica clásica no explica el espectro de emisión en absoluto, ya que no existe una cuantificación de energía. Bohr introdujo la cuantificación de energía en su modelo de una manera ad hoc al requerir que el momento angular sea un múltiplo entero de una unidad fija $ \ hbar = h / 2 \ pi $ (que a su vez resultó en que la energía también se cuantificara). Entonces, el modelo de Bohr no es un modelo mecánico clásico, ya que hay cuantificación del momento angular y la energía. Pero tampoco es una mecánica cuántica, ya que la cuantificación del momento angular no está justificada, sino afirmada.

Estoy diciendo todo esto solo para corregir OP: no fue una pelea de mecánica clásica contra mecánica cuántica; La mecánica clásica ya estaba destruida y la mecánica cuántica aún no emergió por completo. Fue una batalla entre las teorías semiclásicas-semicuánticas y la realidad que hoy podría verse así como una pelea entre las teorías semiclásicas-semicuánticas y la teoría cuántica real inventada más tarde.

De todos modos, en general hay muchos electrones posibles transiciones para cada átomo (o molécula) que contribuyen a su espectro de emisión y cada transición tiene una diferencia de energía y una probabilidad específicas. El modelo semiclásico de Bohr tenía deficiencias con respecto a estas dos características de las transiciones de electrones:

  1. Los átomos de múltiples electrones no tienen los niveles de energía predichos por el modelo de Bohr y, en consecuencia, el modelo predice posiciones incorrectas de las líneas espectrales. De hecho, ya falla para el átomo de helio.
  2. No hay una forma general de calcular las probabilidades de transiciones, por lo tanto, no es posible proporcionar intensidades relativas de líneas espectrales.
¿No sería un candidato para implementar [tag: old-quantum-chemistry] como ha [propuesto] (http://meta.chemistry.stackexchange.com/q/2824/4945) en lugar de usar [tag: classic -mecánica]?
#2
+3
Ivan Neretin
2015-09-15 23:21:16 UTC
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El átomo de Bohr ya es mecánica cuántica, solo un tipo especial (restringido). En la mecánica clásica no habría niveles de energía discretos en el átomo y, de hecho, ningún átomo en sí mismo, porque un electrón perdería rápidamente su energía por radiación y caería al núcleo. Entonces, si pregunta cómo la mecánica clásica falla en explicar los espectros de los elementos, la respuesta es: completamente.

A medida que avanzamos hacia los átomos con más de un electrón, el modelo de Bohr alcanza su límite y deja de Ser útil, por lo que necesitamos la mecánica cuántica "real" con la función $ \ psi $ y la ecuación de Schrödinger. Contiene muchas implicaciones contraintuitivas, como que el electrón se deslocalice y se quede en todas partes a la vez, pero a cambio nos otorga la capacidad de calcular los espectros de todos los elementos (y muchos, muchos más) con gran precisión.



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