Lineas espectrales y el modelo de Borh

Comenzando

Hoy vamos a ver como es un átomo, cuando estabas en secundaria seguro te enseñaron una como especie mini sistema planetario y te dijeron ese es un átomo. Pero viene la primera pregunta ¿Cómo es que se sabe que tiene esa forma? ¿Alguien ya lo vio?. Eso es lo que abordaremos a continuación.

Vamos al punto

La realidad es que ninguna persona ha visto un átomo, imagina que te dan una caja de zapatos con un objeto adentro y además la caja sellada con cinta, el objetivo sería que tú trataras de determinar las características del objeto sin destapar la caja, ¿podrías hacerlo?. Por ejemplo podrías pesar la caja, después buscar una caja similar y pesarla, restando este peso al de la caja con el objeto obtendrías el peso del objeto, ya tendrías un primer parámetro. Si la caja la mueves podrías determinar si es redondo o tiene alguna otra forma, también podrías  inclinar la caja en un ángulo determinado y medir el tiempo en que llega el objeto al otro lado de la caja, conociendo el peso del objeto pudiéramos calcular de manera próxima el tamaño del objeto. Y tal vez experimentando más cosas podríamos saber más acerca del objeto, pero también pudiera pasar mucho tiempo sin que supiéramos exactamente que es. Toda la información que obtengamos del objeto seria de forma indirecta, nunca directa.

Lo mismo sucede con el átomo, la forma que nos presentan del átomo es un "modelo" que derivado de la experimentación de muchos científicos (aquí solo nombraremos algunos de ellos) al lo largo de décadas de estudio nos sugiere que esa debe de ser la forma, como la de la figura 1:

 

Figura 1 átomo. www.freepng.com

En la que las pequeñas esferas grises son los electrones y giran alrededor de un núcleo que está formado por protones y neutrones. Tienes que tener en cuenta que esta es una representación gráfica del "modelo", no significa que los electrones, protones y neutrones tienen ese color.

Modelo de Rutherford

El modelo de Rutherford fue derivado de sus experimentos con una lámina de oro y basándose en el modelo de Thompson, y es un modelo similar al de la figura 1, en la figura 2 se muestra:

Figura 2. "File:Rutherforden eredu atomikoa.png" by Amaia Torres Piñeiro is licensed with CC BY-SA 4.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0

Pero este modelo tiene un inconveniente, Rutherford estableció que las órbitas de los electrones no están bien definidas y son una complejidad alrededor del núcleo, asunto que no explicaba el fenómeno de las líneas espectrales de Balmer, y antes de seguir vamos a ver el siguiente video:

El modelo de Bohr

Bohr basado en el modelo de Rutherford y las líneas espectrales de Balmer estableció que las órbitas de los electrones tienen un nivel de energía, entre mayor esté alejada la orbita, tiene mayor energía. También estableció que entre un nivel y otro no hay puntos intermedios, por lo que un electrón puede pasar de un nivela de mayor energía a uno menor y viceversa. Claro que para que mover un electrón se necesita aplicar una energía al elemento que es ya sea calentándolo o ionizándolo (aplicando una corriente eléctrica) como fue el caso del experimento de Balmer que utilizo un tubo conteniendo hidrogeno al cual le hizo pasar una corriente eléctrica, como se muestra en la figura 3:

Figura 3. Tubo con hidrógeno. www.freepng.com

La luz producida por el tubo es descompuesta y se obtiene un patrón de franjas de colores que solo el hidrógeno produce, como se muestra en la figura 4:

Figura 4. Líneas espectrales hidrogeno. www.freepng.com

Así que otros elementos diferentes al hidrógeno producen diferentes patrones de líneas de color, el instrumento que analiza los patrones de luz se llama "Espectrógrafo" o "Espectrómetro". Así que el modelo de Bohr explica muy bien este fenómeno.

Alguna vez has escuchado que dicen la estrella "x" sé encontró que contiene hidrogeno, sodio, hierro, calcio, etc. ¿Y como es que lo saben? si la estrella está a millones de kilómetros de la tierra, pues precisamente es mediante el análisis de espectro de luz que produce esa estrella, a la rama que estudia esto se le llama "Espectroscopia astronómica"

Los tres postulados del modelo de Bohr

Bohr formulo estos tres postulados que explican su modelo:

I. El electrón gira alrededor del núcleo del átomo en una órbita circular. Las órbitas electrónicas son estacionarias y el electrón cuando se mueve en ellas, no radia energía.  

II. El impulso angular del electrón, L [L= r x p = r x (m· v); para una órbita circular, es L = rmv ] está cuantizado, lo que significa que de las infinitas órbitas que podría tener, solo son posibles las que cumplen que el impulso angular es un múltiplo entero de h/2p (h es la constante de Plank) 

III. Cuando un electrón "salta" desde una órbita superior, de energía E₂, a otra inferior, de energía E₁, la energía liberada se emite en forma de radiación. La frecuencia (n) de la radiación viene dada por la expresión: E₂ - E₁ = h.n  (h es la constante de Plank)

Si quieres saber sobre la vida de Niels Bohr has clic aqui.

¿Hay otros modelos de átomos?

Han existido muchos modelos de átomos, como los modelos de Thompson, Rutherford, Sommerfeld, modelo cúbico de Lewis y el modelo de Schrödinger, pero el modelo de Bohr da la mejor explicación a la mayoría de los fenómenos físicos y químicos, y claro que hay algunas excepciones. Esto no quiere decir que los otros modelos no tengan valía alguna, de hecho Bohr se basó en el modelo de Rutherford y a su vez Rutherford se basó en el modelo Thompson para crear su modelo. Así que todos los modelos tienen su valía, pero también tienen limitaciones. De hecho hoy en día ha surgido una teoría que sugiere que los átomos son cuerdas que están vibrando, que es llamada "Teoría de las cuerdas", su desarrollo esta aun en proceso de poder demostrarse, pero con esto te quiero decir que la ciencia siempre nos dará sorpresas, aun a la humanidad le falta mucho por descubrir, y qué tal si tu hoy estudiante de bachillerato el día de mañana nos das una sorpresa descubriendo algo, ¿Por qué no, verdad?.

 

¿De verdad no hay una imagen del átomo?

Ahora con la nanotecnología y un microscopio de efecto túnel se ha construido  una imagen  de forma indirecta por mediciones realizadas por una punta ultra afilada sobre una placa metálica, y esta es la imagen en la figura 5:

Figura 5. Imagen átomo. www.freepng.com

Pues eso es lo más próximo,  ¿Se parece al modelo de Bohr?, ustedes júzguenlo.

Para terminar

Ahora sabemos que derivado de muchas experimentaciones de muchos científicos, se logró un modelo de átomo y que el modelo más utilizado es el de Bohr. Con este modelo se explican muchos fenómenos físicos y químicos y el modelo consta de tres postulados que lo definen.

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Bibliografía

Hewitt, P. (1997). Física conceptual. Pearson.

Luna M. (2020). Análisis de fenómenos eléctricos, electromagnéticos y ópticos. Anglo Digital.

Sanchez, A. (2020). Análisis de fenómenos eléctricos, electromagnéticos y ópticos. Didacteca.

 

Nos vemos pronto, sean felices mis estimados alumnos 😀😀😀👌👌👌👍👍👍👍