En este tema se hace una introducción a la Mecánica Cuántica, que es la herramienta teórica que la Física ha creado para interpretar las propiedades del mundo microscópico. Se hace una justificación de la ecuación de Schrödinger y se aplica a unos pocos casos sencillos y paradigmáticos.

En este tema se presentan las principales propiedades del átomo y la herramienta teórica (Mecánica Cuántica) que la Física ha creado para interpretarlas. Se inicia el tema con algunas precisiones sobre el tamaño, la masa y la carga de las partículas que lo constituyen, haciendo énfasis en su estabilidad como sistema aislado y mostrando diversos experimentos a partir de los cuales se ha podido conocer su estructura. Se termina el tema con la aplicación de la Mecánica Cuántica a la interpretación de las propiedades más importantes del átomo de hidrógeno, en particular a la existencia de momentos angulares orbitales y niveles energéticos cuantificados.

Una vez establecido el modelo del átomo de manera general, se estudian más detalladamente los números cuánticos que surgen de la interpretación teórica. Se añade a ellos el espín electronico como un número cuántico nuevo que no tiene equivalencia clásica. Esto permite interpretar el desdoblamiento de niveles en el seno de un campo magnético externo al átomo y analizar la influencia del espín electrónico sobre ellos.

Conocida la existencia del espín electrónico se estudia lo que sucede cuando en un átomo hay varios electrones, introduciendo el principio cuántico de exclusión de Pauli, que permite establecer la configuración electrónica de los distintos niveles energéticos que se pueden dar en un átomo y desarrollar el modelo de capas y subcapas sobre dichos niveles.

Establecido el modelo de capas del átomo se pueden proporcionar una serie de reglas para construir el sistema periódico de los elementos químicos, agrupándolos con arreglo a la distribución electrónica de sus niveles. Esto permite interpretar algunas de sus propiedades físicas y químicas.

En este tema se profundiza sobre la manera obtener la estructura energética de los niveles atómicos. Mediante la absorción y emisión de la luz (espectroscopía óptica) se pueden determinar las diferencias de energía entre los estados estacionarios de los átomos y, de esa manera, construir (en primera aproximación) el esquema de niveles del átomo en ausencia de campos externos. En este tema es necesario familiarizarse con los órdenes de magnitud de las energías y de las frecuencias involucradas en las transiciones atómicas de absorción y emisión de la luz visible. También se estudia el mecanismo de emisión estimulada, que es es muy importante tanto para la luz como para el infrarrojo y otras ondas de más baja frecuencia.

Para estudiar las capas más profundas de los átomos se utilizan los rayos X, cuya producción se aborda en este tema. El estudio de la interacción de los rayos X con los átomos permite determinar su número atómico Z mediante la ley de Moseley, lo que ha supuesto un gran avance para la Física Atómica.

Conocida la estructura del átomo aislado se puede abordar la de átomos asociados entre sí mediante enlace químico. Se estudian en este tema algunas moléculas sencillas utilizando los orbitales atómicos de los átomos individuales que las componen para establecer los orbitales moleculares correspondientes. Esto permite interpretar los espectros moleculares de absorción o emisión, especialmente en su interacción con la luz infrarroja.

Cada vez son mayores las aplicaciones médicas en las que se usa algún proceso nuclear, por lo que es imprescindible conocer la estructura nuclear para posteriormente comprender los procesos de emisión radiactiva y, en  asignaturas posteriores,  los procesos de interacción de la radiación con la materia.

Una magnitud que es característica de cada isótopo e indica la estabilidad o no de un núcleo es la energía de enlace, relacionada con la masa nuclear. Para entender la energía de enlace y por qué existen núcleos estables y por qué algunos no son estables se hace preciso conocer la existencia de la fuerza nuclear fuerte.

Una vez entendido por qué algunos núcleos no son estables, debemos saber en que procesos se puede llegar a alcanzar la estabilidad. Cuando un núcleo no es estable tiende a desintegrarse por un proceso al que denominamos radiactivo y en el que se pueden emitir partículas o radiación electromagnética. Estos procesos radiactivos se representan por medio de los esqumas de desintegración. Son estas partículas y/o radiación las que producirán los efectos que luego se aprovechan en las aplicaciones médicas.

Hay tres tipos básicos de desintegración radiactiva. En dos primeros (alfa y beta) se emiten partículas cargadas y en el tercero radiación electromagnética, en general de mayor energía que los rayos X.

Además de obtener emisiones radiactivas mediante procesos de desintegración nuclear, también se producen mediante reacciones nucleares. Una de las aplicaciones más importantes de las reacciones nucleares es la producción de energía, aunque em medicina también tiene cada vez mayor aplicación.

Además de obtener emisiones radiactivas mediante procesos de desintegración nuclear, también se producen mediante reacciones nucleares. Una de las aplicaciones más importantes de las reacciones nucleares es la producción de energía, aunque em medicina también tiene cada vez mayor aplicación.