teoria cuantica general 1

8/14/2019 TEORIA CUANTICA GENERAL 1

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FISICA CUANTICAFISICA CUANTICA

MODELO ATMICO EN LAMODELO ATMICO EN LAMECANICA CUNTICAMECANICA CUNTICA


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MAX PLANCKMAX PLANCK

Considerado el creadorConsiderado el creadorde la teora cuntica.de la teora cuntica.

En 1900 formul que laEn 1900 formul que laenerga se mide enenerga se mide en

unidades pequeasunidades pequeasllamadas cuantos.llamadas cuantos.


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MAX PLANCKMAX PLANCK

Todos los slidos cuando se someten a unTodos los slidos cuando se someten a uncalentamiento, emiten una alta gama decalentamiento, emiten una alta gama de

radiaciones electromagnticas, estasradiaciones electromagnticas, estasabarcan una amplia gama de longitudesabarcan una amplia gama de longitudesde onda.de onda.

El concepto de cuanto, fue el resultado deEl concepto de cuanto, fue el resultado delos estudios con un cuerpo negro.los estudios con un cuerpo negro.


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CONSTANTE DE PLANCKCONSTANTE DE PLANCK

E = cuantos de energaE = cuantos de energa

E = hvE = hvDonde:Donde: -34-34H = Constante de Planck = 6.63*10H = Constante de Planck = 6.63*10jsjs

V = frecuencia de la radiacinV = frecuencia de la radiacin

3410

js34

10

js34

10

js34

10

js34

10

js34

10

js34

10

js34

10 34

10


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NATURALEZA DE LA LUZNATURALEZA DE LA LUZ

Sabemos de laSabemos de laexistencia deexistencia de

millones de cuerposmillones de cuerposcelestes slo porquecelestes slo porque

recibimos luz (orecibimos luz (o

radiacin) de ellos.radiacin) de ellos.

Logramos descubrirLogramos descubrirpropiedades graciaspropiedades gracias

al anlisis de unal anlisis de un

simple ysimple y(generalmente) dbil(generalmente) dbilrayo de luz.rayo de luz.

Todo lo que se sabeTodo lo que se sabe

acerca del universo,acerca del universo,ha sido bsicamente,ha sido bsicamente,


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TUBO DE RAYOS CATODICOSTUBO DE RAYOS CATODICOS

Inventado por Sir WilliamInventado por Sir WilliamCrookes.Crookes.

Tubo de vacoTubo de vaco::

Un can de electrones o hazUn can de electrones o hazelectrnicoelectrnico Deflectores elctricos oDeflectores elctricos o

magnticosmagnticos Pantalla cubierta de unaPantalla cubierta de una

sustancia luminiscentesustancia luminiscente

El sistema deflectorEl sistema deflector(electrosttico o(electrosttico oelectromagntico) consta deelectromagntico) consta dedos pares de placasdos pares de placasdeflectoras.deflectoras.

Los tubos de rayos catdicos,Los tubos de rayos catdicos,adems de emplearse comoadems de emplearse comoosciloscopios, constituyen laosciloscopios, constituyen labase de los aparatosbase de los aparatosreceptores dereceptores de televisintelevisin..
http://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/tubovaci.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/tubovaci.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/televisi.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/televisi.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/televisi.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/tubovaci.htm


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La visualizacin vectorialLa visualizacin vectorial

Tubo de osciloscopioTubo de osciloscopio1: electrodos que desvan1: electrodos que desvanel hazel haz2: can de electrones2: can de electrones

3: haces de electrones3: haces de electrones4: bobina para hacer4: bobina para hacerconverger el hazconverger el haz5: cara interior de la5: cara interior de la

pantalla cubierta depantalla cubierta defsforofsforo
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:CRT_oscilloscope.png


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La visualizacin medianteLa visualizacin mediantebarridobarrido

Tubo de barrido en colorTubo de barrido en color1: caones de electrones1: caones de electrones2: haces de electrones2: haces de electrones3: mscara para separar3: mscara para separarlos rayos rojos, azules ylos rayos rojos, azules y

verdes de la imagenverdes de la imagenvisualizadavisualizada4: capa fosforescente con4: capa fosforescente conzonas receptivas parazonas receptivas paracada colorcada color

5: gran superficie plana5: gran superficie planasobre la cara interior desobre la cara interior dela pantalla cubierta dela pantalla cubierta defsforofsforo
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:CRT_color.png


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RAYOS CANALRAYOS CANAL

Si se tiene un tubo de descarga con el ctodo perforado seSi se tiene un tubo de descarga con el ctodo perforado seobserva detrs del mismo un haz fino de luz producido por unosobserva detrs del mismo un haz fino de luz producido por unosrayos que pasan a travs de la perforacin, estos rayos estnrayos que pasan a travs de la perforacin, estos rayos estn

formados por tomos o molculas del gas que en el choque conformados por tomos o molculas del gas que en el choque conlos rayos catdicos han perdido algn electrn y que porlos rayos catdicos han perdido algn electrn y que por

originarse en cualquier punto del espacio gaseoso entre losoriginarse en cualquier punto del espacio gaseoso entre loselectrodos poseen velocidades distintas.electrodos poseen velocidades distintas.

Los iones formados junto al nodo, al caer hacia el polo negativoLos iones formados junto al nodo, al caer hacia el polo negativoperforado adquieren velocidades superiores a los ionesperforado adquieren velocidades superiores a los iones

formados mas cerca de este ultimo electrodo.formados mas cerca de este ultimo electrodo.

Las distintas velocidades posedas por las partculas integrantesLas distintas velocidades posedas por las partculas integrantesde los rayos positivos que dan lugar a que se desvende los rayos positivos que dan lugar a que se desvendiferentemente en los campos elctrico y magntico.diferentemente en los campos elctrico y magntico.


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Son tomos de un mismo elemento, esSon tomos de un mismo elemento, esdecir igual nmero atmico (Z= nmerodecir igual nmero atmico (Z= nmerode protones) pero con diferente masade protones) pero con diferente masaatmicaatmica

Iso = IgualIso = Igualtopo = lugartopo = lugar


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ISTOPOS DEL HIDRGENOEl nmero atmico de un tomo representa el

nmero de protones de su ncleo.

El nmero de neutrones puede variar, lo que dalugar a istopos con el mismo comportamiento

qumico pero distinta masa.

El hidrgeno siempre tiene un protn en su ncleo,

cuya carga est equilibrada por un electrn.


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ISTOPOS DEL CARBONO

CARBONO 12 = 98,89% del carbono natural. Unidadpatrn para la escala de masas atmicas.

CARBONO 13 = istopo magntico del carbono. Usadoen estudios estructurales de compuestos que contienen

este elemento.CARBONO 14 = producido por el bombardeo de

nitrgeno con rayos csmicos. Radiactivo (con una vidamedia de 5.760 aos) Usado para datar objetos

arqueolgicos.


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Actualmente se sabe que la mayora de los elementosActualmente se sabe que la mayora de los elementosen estado natural consisten en una mezcla de dos oen estado natural consisten en una mezcla de dos o

ms istopos.ms istopos.

M.A = Promedio de A de cada istopoM.A = Promedio de A de cada istopo

Todos los istopos de los elementos con un nmeroTodos los istopos de los elementos con un nmero

atmico superior a 83 (por encima del bismuto ) sonatmico superior a 83 (por encima del bismuto ) sonradiactivos y tambin algunos de los istopos msradiactivos y tambin algunos de los istopos msligeros (Potasio 40).ligeros (Potasio 40).

Se conocen unos 280 istopos estables (no radiactivos)Se conocen unos 280 istopos estables (no radiactivos)

existentes en la naturaleza.existentes en la naturaleza.

400 elementos radiactivos artificiales400 elementos radiactivos artificiales


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ISOTOPOS ABUNDANTESISOTOPOS ABUNDANTES

N = NitrgenoN = NitrgenoC = CarbonoC = Carbono

O = OxgenoO = OxgenoSi = SilicioSi = SilicioS = AzufreS = Azufre

QUINTETO DE LA VIDAQUINTETO DE LA VIDA


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CUAL TIENE MAS ISTOPOS?CUAL TIENE MAS ISTOPOS?

RADN: 222-242RADN: 222-242

URANIO: 222-242(con 92 protones)URANIO: 222-242(con 92 protones)

FRANCIO:204-224FRANCIO:204-224

EINSTENIO:243-255EINSTENIO:243-255

RADN:RADN: Gaseoso radiactivo, inodoro e incoloro, elGaseoso radiactivo, inodoro e incoloro, elms pesado de los gases nobles delms pesado de los gases nobles delsistema peridico. Z=86.sistema peridico. Z=86.

Fue descubierto en 1900Fue descubierto en 1900 Se crea qumicamente inerte.Se crea qumicamente inerte. El radn 222, que es el istopo msEl radn 222, que es el istopo ms

abundante, se obtiene por la desintegracinabundante, se obtiene por la desintegracinradiactiva del radio 226radiactiva del radio 226

Vida media de 3,8 dasVida media de 3,8 das Se convierte emitiendo partculas alfa en unSe convierte emitiendo partculas alfa en un

istopo del elemento polonio.istopo del elemento polonio. En las rocas y en el suelo se encuentranEn las rocas y en el suelo se encuentran

pequeas cantidades formadas por lapequeas cantidades formadas por ladesintegracin de minerales de uranio.desintegracin de minerales de uranio.

El radn forma la mayor parte de laEl radn forma la mayor parte de laradiactividad ambiente normal.radiactividad ambiente normal.


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Mtodos para separar istoposMtodos para separar istopos

Centrifugacin y destilacinCentrifugacin y destilacin Difusin trmicaDifusin trmica ElectrlisisElectrlisis Difusin gaseosaDifusin gaseosa Separacin electromagnticaSeparacin electromagntica LserLser


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APLICACIONESAPLICACIONES

INGENIERAS:

Saber la edad restos orgnicos(fsiles)

Identificar la pista de elementos (C,

S, N, O, H) en las plantas, suelos,agua o atmsfera.

Estudios de recursos hdricos, el usoracional de las aguas

Estudios de dispersin decontaminantes en hidrogeologa

Construccin mquinas de radiacinu otras que la presenten.

Construccin armas nucleares.


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OTRAS APLICACIONESOTRAS APLICACIONES

Estudios de contaminacin.

Las actividades industriales y agrcolas por tener como resultadola dispersin de contaminantes en todas las partes de la

atmsfera, hidrosfera, pedosfera y biosfera.

Determinacin del origen e historia de un material presente enun ambiente.

Para detectar desrdenes circulatorios de la sangrePara detectar desrdenes circulatorios de la sangre

Para el estudio de los desrdenes cerebrales utilizando unaPara el estudio de los desrdenes cerebrales utilizando unatomografa de emisin de protones conocida como PET.tomografa de emisin de protones conocida como PET.

En el tratamiento de tumoresEn el tratamiento de tumores


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DatacinDatacin


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Trazadores isotpicosTrazadores isotpicos


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RADIACTIVIDADRADIACTIVIDAD


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Desintegracin espontnea dencleos atmicos mediante laemisin de partculas subatmicas

llamadas partculas alfa ypartculas beta, y de radiacioneselectromagnticas denominadasrayos X y rayos gamma.

Descubierta en 1896 por:

Antoine Henri Becquerel

observ sales de uranio que podan

ennegrecer una placa fotogrficaaunque estuvieran separadas de lamisma por una lmina de vidrio oun papel negro.


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Uranio 238, Torio 232 y potasio 40 generan laUranio 238, Torio 232 y potasio 40 generan lamayor parte de la radiacin natural presente enmayor parte de la radiacin natural presente en

el medio ambiente.el medio ambiente.

Son metales fcilmente oxidables. Sus xidosSon metales fcilmente oxidables. Sus xidosposeen una densidad relativamente baja y seposeen una densidad relativamente baja y se

presentan en la corteza terrestre en vez delpresentan en la corteza terrestre en vez del

manto y en el ncleo metlicomanto y en el ncleo metlico


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MARIE Y PIERRE CURIE

En 1898 los esposos Curiedescubrieron dos nuevos elementosradiactivos:

POLONIO Y EL RADIO.Marie Curie tambin descubri el:

TORIO.

En 1899, el qumico francs Andr

Louis Debierne descubri el:ACTINIO.


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Partcula SmboloPartcula Smbolo

Neutrn 10Neutrn 10nn Protn 11H Partcula beta (electrn) 0-1eProtn 11H Partcula beta (electrn) 0-1e Positrn (electrn positivo)0+1ePositrn (electrn positivo)0+1e

Partcula alfa (ncleo de helio)42Partcula alfa (ncleo de helio)42 He Deuterio (ncleo de hidrgenoHe Deuterio (ncleo de hidrgenopesado)21Hpesado)21H


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OBSERVACIONESOBSERVACIONESLa mayora de losLa mayora de los

rayos alfarayos alfaatravesaba laatravesaba lalmina sinlmina sindesviarsedesviarse

Algunos rayos seAlgunos rayos sedesviabandesviaban,,

Muy pocos rebotanMuy pocos rebotan,,


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La radiactividad artificial.La radiactividad artificial.

Transmutacin o transformacin de los elementos.Transmutacin o transformacin de los elementos. Transmutacin: conversin de un elementoTransmutacin: conversin de un elemento

qumico en otro, por medios naturales oqumico en otro, por medios naturales oartificiales. La transmutacin se efectaartificiales. La transmutacin se efecta

espontneamente en las desintegracionesespontneamente en las desintegracionesradiactivas naturales.radiactivas naturales.

Por siglos, transmutar los metales en oro fue unaPor siglos, transmutar los metales en oro fue unade las inquietudes. Pero no se logr sino hastade las inquietudes. Pero no se logr sino hasta1919, cuando Ernest Rutherford bombarde los1919, cuando Ernest Rutherford bombarde losncleos de tomos de nitrgeno con partculasncleos de tomos de nitrgeno con partculasalfa y produjo nclidos de oxgeno y protones. Laalfa y produjo nclidos de oxgeno y protones. Laecuacin nuclear de esta transmutacin es laecuacin nuclear de esta transmutacin es lasiguiente:siguiente:


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ENERGA NUCLEAR

Es la energa liberada durante la fisin o fusin de

ncleos atmicos. Las cantidades de energa quepueden obtenerse mediante procesos nucleares superancon mucho a las que pueden lograrse medianteprocesos qumicos, que slo implican las regionesexternas del tomo.

Las centrales nucleares utilizan laenerga liberada en los procesos defisin nuclear para producirelectricidad.

Planta de energa nuclear espaolade Tarragona que produce cada aoms de 7.000 millones de kilovatioshora.


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ENERGA NUCLEAR DE FISIN

La energa liberada por la fisin esmuy grande.

La fisin de 1 kg de uranio 235 libera18,7 millones de kilovatios hora enforma de calor.

El proceso de fisin iniciado por laabsorcin de un neutrn en el uranio235, libera un promedio de 2,5neutrones en los ncleos fisionados.

Estos neutrones provocanrpidamente la fisin de variosncleos ms, iniciando una serie defisiones nucleares automantenidas,una reaccin en cadena.


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PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD EN LACENTRAL NUCLEAR

Partes:

El reactor en el que se produce la fisin oreaccin nuclear.

El generador de vapor en el que el calorproducido por la fisin se usa para hacer herviraguaLa turbina que produce electricidad con la

energa contenida en el vaporEl condensador en el cual se enfra el vapor,convirtindolo en agua lquida.


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Aplicaciones industriales.Inspeccin de soldaduras.

Deteccin de grietas en metalforjado o fundido.

Alumbrado de emergencia.Datacin de antigedades

Preservacin de alimentos

Uranio 248: para que la Electrolisiscon el Aluminio o el Platino, sea mas

precisa y pura.

Irradiacin de terrenos corrienteselctricas la ro orcin de ureza


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ESPECTROMETRIAESPECTROMETRIADE MASASDE MASAS


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Consiste en la identificacin yConsiste en la identificacin y

cuantificacin de elementos,cuantificacin de elementos,compuestos y grupos funcionales.compuestos y grupos funcionales.


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Espectrometra de absorcin molecularEspectrometra de absorcin molecularultravioletaultravioleta

Procedimientos para aumentar la sensibilidad y/oProcedimientos para aumentar la sensibilidad y/ola selectividad de los mtodosla selectividad de los mtodosespectrofotomtricos.espectrofotomtricos.

Espectroscopa de luminiscenciaEspectroscopa de luminiscenciamolecular.molecular.

Consta de reacciones en fase slida, lquida yConsta de reacciones en fase slida, lquida ygaseosa. Con aplicaciones analticas.gaseosa. Con aplicaciones analticas.Sistemas bioluminiscentes. Y aplicacionesSistemas bioluminiscentes. Y aplicaciones

analticasanalticas..


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Analizador de muestras de peso molecularAnalizador de muestras de peso molecular


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Analizador de muestras de elevado pesoAnalizador de muestras de elevado pesomolecular.molecular.


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ESTRUCTURA ATMICAESTRUCTURA ATMICAEN EL MODELO DE LAEN EL MODELO DE LA

MECNICA CUNTICAMECNICA CUNTICA


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Nmeros cunticosNmeros cunticos

PRINCIPAL (N):PRINCIPAL (N):

Energa total del electrnEnerga total del electrn(nivel energtico en que se(nivel energtico en que se

encuentra el electrn)encuentra el electrn)

Distancia del electrn al ncleo.Distancia del electrn al ncleo.

Son:Son: nn11,, nn2,2, nn33, ...., .... nn77


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4

3

2

1

1 2 s2

2p6

3s2

3p6 3d10 4s2

4p5

NIVELES DE

ENERGIA

4s4p

4d4f

SUBNIVELE

SDEENERGIA

Br


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NUMERO CUNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL (NUMERO CUNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL (ll))Subnivel energtico en donde est el electrn, dentro delSubnivel energtico en donde est el electrn, dentro del

nivel determinado por n.nivel determinado por n.

Forma del orbital:Forma del orbital: ll = 0: orbital s (esfrico)= 0: orbital s (esfrico)

ll = 1: orbital p (bilobulado)= 1: orbital p (bilobulado)(un orbital p en la direccin de cada(un orbital p en la direccin de cadaeje coordenado: peje coordenado: pxx, p, pyy, p, pzz)) ll = 2: orbital d= 2: orbital d

Valor permitido hasta: 0, 1, 2, ..., n-1Valor permitido hasta: 0, 1, 2, ..., n-1


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Orbitales de lneas finas (s)Orbitales de lneas finas (s)

Orbitales esfricos (varan de tamao)

Su tamao es mayor cuando se encuentran en niveles masalejados del ncleo.

Tamao aproximadamente proporcional a n^2, donde n es elnumero cuntico principal.


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Orbitales principales (p)Orbitales principales (p)

Comienzan cuando n=2,Existen 3 orbitales: px, py, pz.

X, y, z: representan los ejes donde se orientan losorbitales.

Todos tienen el mismo tamao, forma y energa.Solo cambia es su direccin.


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Orbitales de lneas difusas (d)Orbitales de lneas difusas (d)

Estn formados por 4 lbulos y hay 5 tipos(-2, -1, 0, 1, 2)


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Orbitales fundamentales (f)Orbitales fundamentales (f)

Importantes porque explican elcomportamiento de los elementos con

nmero atmico mayor de 57


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NUMERO CUNTICO MAGNTICO (mNUMERO CUNTICO MAGNTICO (mll))

Orientacin del orbital cuando se aplica unOrientacin del orbital cuando se aplica un

campo magntico externo. Valor permitidocampo magntico externo. Valor permitidohasta: -l, ..., 0, ..., + lhasta: -l, ..., 0, ..., + l


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NUMERO CUNTICO DE ESPN (NUMERO CUNTICO DE ESPN (ss))

Sentido de giro del electrn en torno a suSentido de giro del electrn en torno a supropio eje.propio eje.

Valor permitido hasta: 1/2Valor permitido hasta: 1/2 (0.5) o (-0.5)

Los electrones se comportan como pequeos

imanes.Solo lo pueden hacer en dos direcciones a

derecha y a izquierda, generando camposmagnticos

Se representa con una flecha hacia arriba

cuando la direccin del spin es en Sentidode las manecillas del reloj y con una flechahacia abajo cuando la Direccin del spin esen sentido contraria a las de las manecillasdel reloj.


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# CUANTICOPRINCIPAL (n)

# CUANTICOSECUNDARIO (l)

# CUANTICOMAGNETICO

MAXIMO NUMERODE ELECTRONESEN CADA NIVEL(2N2)

DESIGNACION DE LOSORBITALES ATOMICOS

1

2

3

s

(sharp)

p(principal

)

d

(diffuse)

1

3

5

2

8

18

1 s

2px , 2py , 2pz

3 s

3px , 3py , 3pz

3dx, 3dyz, 3dxz,

3dx2

-y2, 3dz

2

2s


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Atraccin: electrn -protn


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Repulsin electrnica

teoria cuantica general 1

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