Conceptos Clave de la Física Cuántica: Bohr, De Broglie y Heisenberg

Postulados de Bohr

Modelo Atómico de Niels Bohr (1913)

Niels Bohr planteó que no todas las leyes de la física clásica se cumplen en el átomo. Para desarrollar su modelo, Bohr se apoyó en:

• El modelo atómico nuclear diseñado por Rutherford.
• La teoría cuántica de la radiación del físico Max Planck.
• La interpretación del efecto fotoeléctrico dada por Albert Einstein.

Postulados del Modelo de Bohr

Primer Postulado

El electrón se mueve en órbitas circulares alrededor del núcleo con el movimiento descrito por la física clásica.

Segundo Postulado

El electrón solo tiene un conjunto de órbitas permitidas, denominadas estados estacionarios, en el cual el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2π.

Tercer Postulado

Mientras un electrón permanece en una órbita, no absorbe ni emite energía (la energía es constante). En el átomo, la energía se encuentra cuantizada.

Cuarto Postulado

Un electrón solo puede pasar de una órbita permitida a otra absorbiendo o emitiendo cantidades discretas y fijas de energía (cuantos o fotones).

Aciertos y Limitaciones del Modelo Atómico de Bohr

Aciertos

• Sustenta la estabilidad del átomo al sostener que no todas las leyes de la física clásica se cumplen en el átomo.
• Explica el espectro del átomo de hidrógeno.
• Introduce el concepto de energía cuantizada para los electrones en los átomos.

Limitaciones

• Solo es válido para el átomo de hidrógeno o especies isoelectrónicas a él, como He⁺, Li²⁺, etc.
• No pudo explicar el espectro de átomos polielectrónicos.
• No explica el espectro fino del hidrógeno (efecto Zeeman: desdoblamiento de las líneas espectrales cuando el átomo es sometido a un campo magnético).
• No permite el cálculo de las intensidades de las líneas espectrales.
• No permite explicar el enlace químico.

Louis de Broglie (1924)

Dualidad Onda-Partícula

Postula que un electrón y toda partícula material en movimiento tienen un comportamiento ondulatorio.

Siendo h la constante de Planck y p el momento lineal de la partícula.

El valor tan pequeño de la constante de Planck (h = 6,626 x 10^-34 J·s) impide percibir el comportamiento ondulatorio de la materia en objetos grandes o cotidianos, ya que la longitud de onda asociada es tan pequeña que dicho comportamiento resulta indetectable.

Difracción de los Electrones

Un electrón tiene comportamiento ondulatorio.

Aplicación: microscopio electrónico.

n λ = 2d sen(θ) - Ley de Bragg

Heisenberg (1927)

Principio de Incertidumbre

Establece la imposibilidad de determinar simultáneamente y con exactitud la posición y el momento lineal de una partícula en un momento dado.

• ∆x: error en la medición de posición (incertidumbre en la posición).
• ∆p: error en la medición del momento lineal (incertidumbre en el momentum).
• h: constante de Planck.