Más allá del modelo de Bohr: una mirada a la mecánica cuántica

Limitaciones del modelo de Bohr

El modelo de Bohr solo se aplicaba de forma estricta al hidrógeno y a otros átomos sencillos con un solo electrón en la corteza.

Al modernizarse los métodos de observación, los espectroscopistas pudieron comprobar que la mayor parte de las líneas espectrales eran, a su vez, conjuntos de líneas muy próximas entre sí, lo que indicaba la existencia de subniveles energéticos casi idénticos.

Aportaciones de Sommerfeld

Arnold Sommerfeld introdujo otros números cuánticos para explicar las observaciones espectroscópicas:

• Dado que la trayectoria de un cuerpo sometido a fuerzas centrales no solo es circular, sino que también puede ser elíptica, así lo serán las órbitas descritas por los electrones. Esto provoca la existencia de diversos estados energéticos muy cercanos. Esta situación viene determinada por un número cuántico llamado secundario, que señala varios subniveles energéticos para cada nivel. El número de subniveles en un nivel es igual al número cuántico de este. L puede variar entre 0 y (n-1).
• Un tercer número cuántico, llamado magnético, suponía diferentes energías para los subniveles según la orientación de la órbita en un campo magnético.
• Posteriormente, se observó el desdoblamiento en dos de cada línea espectral, lo que llevó a introducir un último número cuántico llamado spin, relacionado con el momento de giro del electrón sobre sí mismo.

Hipótesis de De Broglie: Dualidad onda-corpúsculo

La naturaleza de la luz se describe como ondulatoria para explicar ciertos fenómenos y como corpuscular para explicar otros, como el efecto fotoeléctrico. Louis de Broglie planteó que si la luz presenta esta dualidad onda-corpúsculo, quizá sea posible que toda partícula en movimiento (protones, electrones, etc.) también la posea, es decir, que tenga también naturaleza ondulatoria. Esta hipótesis fue comprobada experimentalmente en 1927 al observarse el comportamiento ondulatorio de los electrones. Cuanto más rápido se compruebe que se mueve una partícula, mayor es su comportamiento ondulatorio.

Principio de incertidumbre de Heisenberg

Si queremos ver un electrón, es preciso que un fotón de luz interaccione con él, pero en ese mismo momento su velocidad se verá alterada por ese choque. El principio de incertidumbre de Heisenberg, postulado en 1927, establece que hay un límite de precisión con el que se pueden determinar simultáneamente la posición y la energía de una partícula. A partir de entonces, en la física atómica se trabaja con valores estadísticos y probabilísticos.