Estados de energía de las especies químicas

La teoría cuántica fue propuesta por primera vez en 1900 por Max Planck, un físico alemán, para explicar las propiedades de la radiación emitida por los cuerpos calientes. La teoría más tarde se amplió para racionalizar otros tipos de procesos de emisión y absorción. Dos importantes postulados de la teoría cuántica incluyen:

1. Los átomos, iones y moléculas sólo pueden existir en ciertos estados discretos, caracterizados por cantidades definidas de energía. Cuando una especie cambia su estado, absorbe o emite una cantidad de energía exactamente igual a la diferencia de energía entre los estados.
2. Cuando los átomos, iones o moléculas absorben o emiten radiación al realizar la transición de un estado de energía a otro, la frecuencia v o la longitud de onda λ de la radiación se relaciona con la diferencia de energía entre los estados por la ecuación: E₁-E₀ = hv =hc/λ, donde E₁ es la energía del estado superior y E0 la energía del estado inferior. Los términos c y h son la velocidad de la luz y la constante de Planck, respectivamente.

Para átomos o iones en estado elemental, la energía de cualquier estado proviene del movimiento de los electrones alrededor del núcleo cargado positivamente. Consecuentemente, los distintos estados de energía se denominan estados electrónicos. Además de los estados electrónicos, las moléculas también tienen cuantizados los estados vibracionales interatómicas, y los estados rotacionales, que provienen de la rotación de las moléculas alrededor de sus centros de gravedad.

El estado de energía más bajo de un átomo o molécula es su estado fundamental. Los estados de energía superiores se denominan estados excitados. Generalmente a temperatura ambiente, las especies químicas se encuentran en su estado fundamental.