miércoles, 4 de diciembre de 2013

LA COMPOSICIÓN DE LA MATERIA (II)



Como ya vimos en el anterior artículo, Ernest Rutherford recupera la idea de Hantaro Nagaoka de modelo planetario y lo desarrolla en su propia teoría, en el conocido modelo atómico de Rutherford.

Este modelo surgió como explicación al experimento de la láminda de oro (también conocido como experimento de Rutherford)  realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden en 1909. El resultado fue un modelo con un núcleo atómico, que concentra toda la carga positiva y unas cien mil veces más pequeño que el diámetro atómico, con electrones orbitando a su alrededor. Después de Nagakoa es el modelo atómico más próximo al actual en el que se empiezan a vislumbrar las características que hoy damos por hecho.


Modelo de Borh

Basándose en el modelo atómico de Rutherford, Niels Borh creó el modelo atómico que lleva su nombre. Pero Bohr lo complementaría recogiendo, por un lado las investigaciones de Max Planck y por el otro las de Alber Einstein . De este último no recogio nada sobre las teorías de la relatividad, sino sobre el efecto fotoeléctrico (o efecto Compton) por el que Einstein recibió el premio nobel.

En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana posible al núcleo. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero n que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de Número Cuántico Principal.

Bohr supuso además que el momento angular de cada electrón estaba cuantizado y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba del núcleo cada una de las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno. Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la "K" y terminaban en la "Q".Posteriormente los niveles electrónicos se ordenaron por números. Cada órbita tiene electrones con distintos niveles de energía obtenida que después se tiene que liberar y por esa razón el electrón va saltando de una órbita a otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel adecuado, dependiendo de la energía que posea, para liberarse sin problema y de nuevo volver a su órbita de origen.

Este modelo está basado en tres postulados principales:

  1.   Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin radiar energía.
  2.  No toda órbita para electrón está permitida, tan solo se puede encontrar en órbitas cuyo radio cumpla que el momento angular, L, del electrón sea un múltiplo entero de 
    .
  3.  El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia de energía entre ambos niveles. 
 Fuente : Wikipedia .





Modelo de Sommerfeld 

 El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno, sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que existía un error en el modelo. Fué Arnold Sommerfeld quien postuló un nuevo modelo en el que concluía que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles, es decir, energías ligeramente diferentes.  Sommerfeld estudió la cuestión para electrones relativistas, ya que encontró que una fracción notable de los electrones se movían a velocidades próximas a la velocidad de la luz.

 Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postuló que el núcleo del átomo no permanece inmóvil, sino que tanto el núcleo como el electrón se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estará situado muy próximo al núcleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa del electrón.

 Para explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las órbitas del electrón pueden ser circulares y elípticas. 

Como resumen, cabría decir que:

- Los electrones se mueven alrededor del núcleo, en órbitas circulares o elípticas.
- A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel.
- El electrón es una corriente eléctrica minúscula.
Fuente: Wikipedia

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Referencias:

  - Landau & Lifshitz: Mecánica, Ed. Reverté, Barcelona, 1991. ISBN 84-291-4081-6.

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