Conceptos Clave de la Física Moderna: Radiación, Átomos y el Modelo de Bohr

Radiaciones Electromagnéticas (R.E.M.)

Son aquellas que no requieren de un medio material para propagarse y viajan a la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 3 × 10⁸ m/s). Una onda electromagnética tiene un comportamiento dual de campo eléctrico y magnético, ambos con la misma frecuencia, longitud de onda y velocidad, pero que viajan en planos mutuamente perpendiculares.

Espectros Atómicos

Espectro de Emisión del Átomo de Hidrógeno

Se origina cuando el gas hidrógeno es excitado y este emite luz. Es un conjunto de líneas brillantes sobre un fondo oscuro.

Espectro de Absorción del Átomo de Hidrógeno

Formado por un conjunto de líneas oscuras sobre un fondo coloreado.

Las líneas oscuras y brillantes de ambos espectros coinciden entre sí, lo que proporciona evidencia fundamental sobre la estructura atómica.

Modelo Atómico de Bohr

Niels Bohr desarrolló un nuevo modelo atómico, considerando tanto la Física Clásica como la Teoría Cuántica de Max Planck. Utilizó el modelo de Rutherford como base, pero incluyó restricciones y postulados adicionales para explicar la estabilidad atómica y los espectros discretos.

Es importante destacar que el modelo de Bohr es válido principalmente para átomos con un solo electrón, como el hidrógeno.

Postulados de Bohr

1. Primer Postulado: Estabilidad de los Átomos

   El electrón gira alrededor del núcleo en trayectorias circulares estables (órbitas estacionarias). En este estado de equilibrio, las fuerzas que actúan sobre él se cancelan. Las fuerzas principales que actúan son la fuerza de atracción eléctrica (entre el electrón y el núcleo) y la fuerza centrípeta (que es igual a la fuerza centrífuga).

2. Segundo Postulado: Niveles Permitidos (Cuantización del Momento Angular)

   El electrón, de forma estable, solo puede girar en ciertas regiones permitidas llamadas niveles u orbitales. En estos niveles, el momento angular (L) del electrón está cuantizado, según la siguiente expresión:

   L = nħ (donde n es un número entero positivo y ħ es la constante de Planck reducida).

3. Tercer Postulado: Niveles de Energía Estacionarios

   Mientras el electrón gira en un nivel permitido (n), no absorbe ni emite energía. Esto se debe a que dichos orbitales se encuentran en estados estacionarios de energía cuantizada, es decir, cada orbital tiene una energía definida y constante.

4. Cuarto Postulado: Emisión y Absorción de Energía

   Si un electrón pasa de un nivel de energía superior a uno inferior, emite energía en forma de un fotón. En caso contrario (si pasa de un nivel inferior a uno superior), absorbe energía.

Dualidad Onda-Partícula de la Materia

Louis de Broglie planteó que las partículas en movimiento tienen un comportamiento dual de partícula y onda (partícula-onda, onda-partícula). Esto significa que una partícula puede manifestar propiedades ondulatorias y viceversa.

La hipótesis de De Broglie fue experimentalmente demostrada por Clinton Davisson y Lester Germer con su experimento de difracción de electrones, y también de forma independiente por George P. Thomson.

Limitaciones del Modelo de Bohr y el Surgimiento de la Mecánica Cuántica

El modelo de Bohr, a pesar de su éxito con el átomo de hidrógeno, no pudo explicar el espectro de emisión para átomos con más de un electrón. Tampoco logró dar cuenta de fenómenos como el efecto Zeeman (desdoblamiento de las líneas espectrales en presencia de un campo magnético) o la estructura fina de los subniveles (introducidos por Arnold Sommerfeld). Estas limitaciones impulsaron el desarrollo de la Mecánica Cuántica, una teoría más completa y fundamental para describir el comportamiento de la materia y la energía a escala atómica y subatómica.