Fundamentos de la Teoría Cuántica y el Modelo Atómico de Bohr

Orígenes de la Teoría Cuántica

Las bases fundamentales de esta teoría son la hipótesis de Planck y el efecto fotoeléctrico. En este documento, nos centraremos en la primera.

Hipótesis de Planck

Desde la física newtoniana, se suponía que todos los fenómenos físicos eran continuos. A principios del siglo XX, esta ciencia podía explicar casi todos los fenómenos, excepto la radiación del cuerpo negro (catástrofe ultravioleta) y el efecto fotoeléctrico.

Para explicar la radiación de un cuerpo negro, Planck introdujo la siguiente hipótesis:

Hipótesis de Planck: Los átomos se comportan como osciladores armónicos que solo pueden tomar o ceder energía en cantidades discretas o cuantos de energía, proporcional a la frecuencia de oscilación (υ o f).

E = h·f

Donde:

• E es la energía medida en Julios (J).
• f es la frecuencia con la que oscila el átomo (s^-1).
• h es la constante de Planck: h = 6,626 · 10^-34 J s.

Que la energía del átomo pueda aumentar o disminuir en cantidades enteras de h significa que la energía de la radiación es discontinua y está cuantizada en la forma E = n·h·f, donde n es el número de partículas implicadas.

Modelo Atómico de Bohr

En 1913, Niels Bohr, basándose en las ideas de Planck y Einstein, propuso un modelo atómico planetario para solucionar los problemas del modelo de Rutherford y explicar los espectros atómicos. En este modelo, los electrones giran alrededor del núcleo con restricciones impuestas por tres postulados:

• Primer postulado: En un átomo, el electrón describe órbitas circulares en torno al núcleo sin irradiar energía.
• Segundo postulado: Solo son posibles las órbitas donde el momento angular (L) del electrón es un múltiplo entero de h/2π.
• Tercer postulado: Un electrón puede pasar de una órbita a otra absorbiendo o emitiendo un cuanto de energía igual a la diferencia entre las energías de las órbitas inicial y final: E_fotón = E_final - E_inicial = h·f

Debido a la cuantización, las órbitas están situadas a una distancia determinada del átomo (radio) y poseen una energía característica.

Según Bohr, una órbita se define como la línea que describe la trayectoria del electrón en su movimiento alrededor del núcleo.

Limitaciones del Modelo Atómico de Bohr

Este modelo presenta las siguientes limitaciones:

• Aunque Bohr consideró la teoría cuántica, también usó principios de la física clásica.
• Las órbitas deberían ser elípticas, como las de los planetas alrededor del Sol, en lugar de circulares.
• Solo se aplica estrictamente al átomo de hidrógeno e iones monoelectrónicos (hidrogenoides). Para átomos más complejos, los resultados son incorrectos.
• Los avances en espectroscopía revelaron espectros atómicos más complejos que este modelo no puede explicar.