La Estructura Atómica

Estructura atómica y teoría cuántica

Si analizamos de cerca una fotografía de periódico en blanco y negro, nos encontramos con que las diferencias aparentes en tonos claros y oscuros no son resultado de una matización gradual, sino que están creadas por sutiles diferencias de tamaño de unos puntos -«paquetes» de tinta- sobre el papel. Los físicos han descubierto que, al tratar de la materia a escala mínima, también hay que tratar la energía en forma de «paquetes» o cuantos, y no como cosa continua. El concepto de cuanto nos da la clave para comprender cómo los átomos pueden absorber y emitir energía, y cómo se producen los diferentes espectros atómicos.

En una visualización simple del átomo, basada en los cuantos, los electrones trazan órbitas en tomo al núcleo bajo la atracción electrostática opuesta por las cargas de los protones, como planetas en un sistema solar en miniatura. Los electrones sólo pueden trazar en tomo al núcleo determinadas órbitas, pero si reciben energía, pueden «excitarse» y trasladarse a órbitas más alejadas del núcleo. Si sueltan esa energía, vuelven a caer a las órbitas originales (lo que se llama estado básico). Con cada cambio de energía, se absorbe o emite radiación de una frecuencia particular.

Partiendo de esto, se puede explicar el origen de los espectros atómicos. Las líneas espectrales individuales (de determinadas frecuencias) representan electrones que caen de nuevo en sus estados básicos de baja energía desde estados excitados de alta energía. Al hacerlo, emiten cuantos de radiación (fotones) de una frecuencia correspondiente a la diferencia de energía.

Los electrones de un átomo sólo pueden describir órbitas cuyo momento angular orbital tiene un valor fijo (de hecho un múltiplo de n de la constante de Planck dividida por 27C). Por lo tanto, se puede calcular el tamaño de las diferentes órbitas disponibles, señalada cada una por el número cuántico principal n, que comienza en 1, correspondiente a la órbita más interior. Las longitudes de onda espectral observadas, resultantes de saltos de electrones entre órbitas de número cuántico diferente y del cálculo correspondiente al átomo más simple, el de hidrógeno, coinciden bastante bien con la observación. Hay ciertas discrepancias, en los aspectos más complicados de los espectros del hidrógeno y de otros elementos, y necesitamos una mayor complicación de la teoría cuántica para lograr una descripción más completa.