Evolución de la Comprensión de la Luz y la Estructura Atómica

Naturaleza de la Luz

Isaac Newton postuló que la luz consistía en un haz de partículas, otorgándole una naturaleza corpuscular. Por otro lado, Christiaan Huygens propuso una naturaleza ondulatoria para la luz. Thomas Young demostró experimentalmente que la luz podía ser difractada.

Definición de Onda

Una onda se define como la propagación de una perturbación vibracional en la cual se transmite energía, pero no materia. Cualquier onda se caracteriza por su amplitud, longitud y frecuencia.

Teoría Electromagnética de Maxwell

James Clerk Maxwell consideró la luz como una onda de naturaleza no material, específicamente electromagnética. El aspecto electromagnético se refiere al conjunto de frecuencias o longitudes de onda de la radiación electromagnética, donde la luz visible ocupa una pequeña porción de dicho espectro.

Modelo Atómico de Bohr

Antecedentes

El modelo de Niels Bohr se fundamenta en el modelo de Ernest Rutherford, el cual presentó pruebas experimentales en contra del modelo de J.J. Thomson. Minuciosos estudios sobre la dispersión de rayos alfa por finísimas láminas metálicas exigían que el átomo tuviera una estructura nuclear. El modelo de Rutherford presentaba dos inconvenientes principales:

1. Cualquier cuerpo cargado eléctricamente y en movimiento acelerado desprende energía en forma de calor. Al girar alrededor del núcleo, un electrón produciría una espiral y terminaría colapsándose.
2. Incluso aceptando el punto anterior, el modelo de Rutherford no ofrecía explicación para los espectros atómicos.

Bohr propuso un nuevo modelo atómico que combinaba aspectos clásicos y cuánticos.

Postulados de Bohr

1. El electrón gira alrededor del núcleo solamente en un conjunto fijo de órbitas permitidas, denominadas estados estacionarios. En estas órbitas, el electrón gira sin absorber ni emitir energía.
2. De las infinitas órbitas posibles según la física clásica, solo son aceptables como estados estacionarios aquellas cuyo valor del momento angular, L, sea un múltiplo entero de h/2π.
3. Los electrones pueden transitar de una órbita permitida a otra, también permitida, absorbiendo o emitiendo energía. Si esta energía se absorbe o emite en forma de radiación, la frecuencia de la radiación cumple la condición cuántica de Planck: ΔE = h·f.

Desarrollo y Limitaciones del Modelo de Bohr

Aciertos

• Justifica la estabilidad del átomo mediante la existencia de órbitas estacionarias.
• Introduce el concepto de niveles de energía.
• Permite explicar el espectro atómico del hidrógeno y los átomos hidrogenoides mediante la hipótesis de los saltos atómicos.
• Relaciona las propiedades químicas de los elementos con su estructura electrónica, proporcionando una primera justificación al sistema periódico.

Inconvenientes

• Los resultados numéricos obtenidos para átomos polielectrónicos no coincidían con los valores medidos experimentalmente.
• Carecía de coherencia en su desarrollo teórico.

Mecánica Cuántica

Dualidad Onda-Corpúsculo para la Materia

Louis de Broglie planteó que si la luz podía exhibir tanto propiedades ondulatorias como corpusculares, otras partículas también podrían hacerlo, manifestando así propiedades ondulatorias. Razonó que un electrón enlazado al núcleo debía comportarse como una onda estacionaria.

Ecuación de Schrödinger

Un orbital atómico representa una región del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar al electrón. El cuadrado del valor que toma la función de onda en una determinada región del espacio es un indicador de la probabilidad de encontrar a la partícula estudiada en dicha región espacial.

Principio de Incertidumbre

Cuando se estudia el comportamiento de una partícula, es imposible determinar simultáneamente y con seguridad el valor de su posición, x, y su cantidad de movimiento, p = m·v.