¿Cuál es la energía para un electrón de un átomo de hidrogeno que se encuentra en la tercera orbita?
Respuestas a la pregunta
El modelo del hidrógeno de Bohr está basado en la suposición clásica de que los electrones viajan en capas específicas, u órbitas, alrededor del núcleo.
Con el modelo de Bohr se calcularon las siguientes energías para un electrón en la capa nnn:
E(n)=-\dfrac{1}{n^2} \cdot 13{,}6\,\text{eV}E(n)=−
⋅13,6eVE, left parenthesis, n, right parenthesis, equals, minus, start fraction, 1, divided by, n, squared, end fraction, dot, 13, comma, 6, start text, e, V, end text
Bohr explicó el espectro del hidrógeno en términos de electrones que absorben y emiten fotones para cambiar niveles de energía, en donde está la energía del fotón.
h\nu =\Delta E = \left(\dfrac{1}{{n_{bajo}}^2}-\dfrac{1}{{n_{alto}}^2}\right) \cdot 13{,}6\,\text{eV}hν=ΔE=(
)⋅13,6eVh, \nu, equals, delta, E, equals, left parenthesis, start fraction, 1, divided by, n, start subscript, b, a, j, o, end subscript, squared, end fraction, minus, start fraction, 1, divided by, n, start subscript, a, l, t, o, end subscript, squared, end fraction, right parenthesis, dot, 13, comma, 6, start text, e, V, end text
El modelo de Bohr no funciona para sistemas con más de un electrón.
El modelo planetario del átomo
Al principio del siglo XX, surgió un nuevo campo de estudio conocido como mecánica cuántica. Uno de sus fundadores fue el físico danés Niels Bohr, a quien le interesaba explicar el espectro de líneas discretas observado en la luz emitida por diferentes elementos. A Bohr también le interesaba la estructura del átomo, el cual era un tema de mucho debate en la época. Se habían postulado varios modelos del átomo con base en resultados experimentales en los que se incluyen el descubrimiento del electrón por J. J. Thompson y el descubrimiento del núcleo por Ernest Rutherford. Bohr apoyaba el modelo planetario, en el que los electrones giran alrededor de un núcleo cargado positivamente como los anillos alrededor de Saturno, o alternativamente, los planetas alrededor del Sol.
Imagen de Saturno y sus anillos
Imagen de Saturno y sus anillos
Muchos científicos, incluidos Rutherford y Bohr, pensaban que los electrones podían orbitar el núcleo como los anillos alrededor de Saturno. Crédito de la imagen: Imagen de Saturno por la NASA
Sin embargo, los científicos todavía tienen preguntas sin respuesta:
¿Qué son los electrones y qué hacen?
Si los electrones están orbitando el núcleo, ¿por qué no caen hacia el núcleo como predice la física clásica? [¿Por qué la física clásica predice eso?]
¿Cómo es la estructura interna del átomo relacionada con las líneas discretas de emisión producidas por los elementos excitados?
Bohr contestó estas preguntas usando una hipótesis aparentemente simple: ¿qué pasaría si algunos aspectos de la estructura atómica, como las órbitas y energías electrónicas, solo pudieran tomar ciertos valores?
Cuantización y fotones
A principios de los años 1900, los científicos eran conscientes de que algunos fenómenos ocurrían en una forma discreta, en lugar de continua. Los físicos Max Planck y Albert Einstein habían teorizado recientemente que la radiación electromagnética no solo se comporta como una onda, sino a veces también como partículas llamadas fotones. Planck estudió la radiación electromagnética emitida por objetos calientes y propuso que la radiación electromagnética emitida estaba "cuantizada" pues la energía de la luz solo tenía valores dados por la siguiente ecuación: E_{\text{fotón}}=nh\nuE
=nhνE, start subscript, start text, f, o, t, o, with, \', on top, n, end text, end subscript, equals, n, h, \nu, donde nnn es un entero positivo, hhh es la constante de Planck —6{,}626 \times10^{-34}\,\text {J}\cdot \text s6,626×10