Física del átomo
Hace cerca de 2 500 años, el sabio griego Demócrito llegó a la conclusión de que todo en la naturaleza está formado por pequeñísimas partículas. Demócrito las llamó átomos, que en griego significa "no divisibles" . Hasta fines del siglo XIX los átomos se consideraban indivisibles (él consideraba que el átomo era la menor porción posible de sustancia). El representante principal del atomismo fue Demócrito (460-360 a.n.e.).
Hoy se sabe que son auténticos sistemas, formados por electrones, protones y neutrones y que es el agrupamiento de estos en distintas proporciones lo que da lugar a los 92 tipos de átomos encontrados en el universo y a los, hasta ahora, poco más de 20 obtenidos en los laboratorios por breve tiempo.
¿Sabías que...? :
El diámetro de los átomos es, por término medio, 0. 000 000 1 mm, es decir, unos 10 millones de veces menor que 1 mm.
Son varios los modelos atómicos que se han creado a lo largo de la historia. Entre ellos se encuentran los modelos de: Thomson, Rutherford y Bohr. Todos, en su momento, contribuyeron a profundizar en la estructura interna de la sustancia, cuestión esta que ha preocupado a los hombre de ciencia a lo largo de la historia.
Las ideas atomísticas tienen un resurgimiento en los primeros años del siglo XIX en los trabajos del británico John Dalton, del italiano Amedeo Avogadro, y a mediados de ese siglo en los del ruso Dmitri Mendeleiev y otros. En esos tiempos estaba claro que los átomos eran eléctricamente neutros.
: Postulados de Bohr
Un sistema atómico sólo puede encontrarse en determinados estados en los que no emite energía.
Estos estados se llaman estados estacionarios y a cada uno de ellos le corresponde una energía E bien determinada.
Cuando un átomo pasa de un estado estacionario a otro, emite o absorbe un “cuanto''de energía cuyo valor es:
El primer postulado permite justificar la estabilidad del átomo.
donde h es la constante de Planck, υ es la frecuencia del fotón emitido o absorbido, y Ei y Ef las energías de los estados inicial y final del átomo, respectivamente.
Cuando Ei > Ef, o sea, cuando el átomo pasa de un estado de mayor a otro de menor energía, el sistema atómico emite un fotón Fig (a).
Si Ei < Ef, el átomo pasa a un estado más energético. En este caso el sistema atómico absorbe un fotón Fig (b).
En ambos casos la energía del fotón se calcula por la expresión:
El segundo postulado establece el mecanismo de emisión y absorción de energía por el sistema atómico.
Solo son permitidas aquellas órbitas en que el producto de la cantidad de movimiento del electrón por el radio de la órbita sea un múltiplo entero de .
donde m y v son la masa y la velocidad del electrón, r es el radio de la órbita permitida
y n es un número entero positivo que puede tomar cualquier valor:
El tercer postulado da la posibilidad de determinar las dimensiones del átomo para un estado energético dado.
Limitaciones del modelo de Bohr
Este modelo solo es aplicable al átomo de hidrógeno y a los iones de elementos simples, tales como Helio y Litio, estos últimos reciben el nombre de átomos hidrogenoideos.
No fue capaz de explicar que cada línea espectral está compuesta por un conjunto de líneas finas.
Estudio de caso : Modelo atómico de Bohr. Aplicación al átomo de hidrógeno
Del átomo de hidrógeno,utilizando el modelo de Bohr,calcular:
su tamaño (el radio de la órbita del electrón)
la energía del sistema en los distintos estados estacionarios.
Tamaño (radio) del átomo de hidrógeno | Energía en los estados estacionarios |
|---|---|
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La menor energía que puede poseer el átomo de hidrógeno corresponde al estado más estable. Este nivel energético recibe el nombre de estado básico del átomo de hidrógeno.
El resto de los estados energéticos (n = 2, 3, 4,...) corresponden al átomo excitado.
El tiempo promedio que el átomo está en uno de esos estados (tiempo de vida) es del orden de 10 –8 s. Durante ese tiempo el electrón debe dar aproximadamente un millón de vueltas alrededor del núcleo.
La energía de los distintos estados estacionarios se puede determinar por:
