MODELOS ATÓMICOS BASADOS EN LA FÍSICA CLÁSICA.

LA CRISIS DE LA FÍSICA CLÁSICA

 
 

¿CUÁNDO SABEMOS QUE UNA TEORÍA FÍSICA HA LLEGADO A SU LÍMITE? ¿CÓMO SABEMOS CUÁNDO HAY QUE SUSTITUIRLA POR OTRA NUEVA TEORÍA?.

A finales del siglo XIX, los físicos tenían pocos problemas por resolver. La Física clásica (Mecánica de Newton y Electromagnetismo de Maxwell) podían explicar casi todos los hechos conocidos. Sólo quedaban algunos (entre ellos el espectro de la radiación del cuerpo negro o la invariancia de la velocidad de la luz) por explicar, pero la comunidad científica confiaba en que, en poco tiempo, todo terminaría por encajar. Nada más lejos de la realidad. La explicación de la radiación del cuerpo negro fue el primer paso de la Mecánica Cuántica y la invariancia de la velocidad de la luz el de la Teoría de la Relatividad. Las primeras décadas del siglo XX produjeron dos revoluciones en la Física.

La evolución de los modelos atómicos es un ejemplo que explica perfectamente cómo la Física Clásica en 1913 había llegado a su límite y cómo una mente privilegiada como la de Bohr fue capaz de usar la incipiente Mecánica Cuántica para explicar la estructura atómica. Es verdad que Bohr lo hizo de una manera un tanto chapucera, pero hizo posible que en 1927 emergiera un modelo atómico plenamente mecanocuántico.

 

INDICE

- Evolución histórica de los modelos atómicos

- Núcleo y corteza (RUTHERFORD)

- Propiedades de la luz

- El origen de la Espectrocopía

- Modelos atómicos basados en la Física Clásica

- ¿Qué es un elemento (versión Thomson)?

- Modelo de Bohr. Primer modelo cuántico

- Origen de la Física Cuántica

- Los grandes principios de la Física Cuántica

- Modelo de Schrodinger. Modelo mecanocuántico

 

 

 

 

 

ÁTOMO-BOLA DE DALTON

El átomo-bola de Dalton tuvo vigencia durante todo el siglo XIX, ayudando a asentar la Química como ciencia y como industria. El átomo, según Dalton, era una bola maciza de materia, sin estructura interna. Sus únicas características serían el tamaño y la masa. Era evidente que tal modelo es insuficiente para explicar las diferencias que existen entre las propiedades de los elementos o para explicar el ordenamiento de los átomos que se consiguió con la tabla periódica en 1865. Además, estaban los fenómenos eléctricos y magnéticos de la materia que parecían indicar que los átomos tenían una estructura interna en la que la electricidad jugaba algún papel.

ÁTOMO-PUDDING DE THOMSON

En 1897 fue descubierta la primera partícula subatómica. JJ THOMSON demostró que los rayos catódicos estaban formados por electrones. La confirmación de que esa partícula estaba presente en los átomos de todos los elementos hizo que, en 1904, propusiera un modelo de átomo que, por primera vez, tenía estructura interna. Los electrones estaban situados en el interior de una masa con carga positiva que daba volumen al átomo (átomo-pudding). El sistema era estable desde el punto de vista electromagnético.

JJ Thomson y el átomo-pudding

ÁTOMO NUCLEAR DE RUTHERFORD

Entre 1910 y 1911 se hicieron grandes avances en el conociento de los átomos. Por una parte, MARSDEN y GEIGER demostraron que la dispersión de partículas alfa a través de láminas de oro ultrafinas no se ajustaba a lo predicho por el modelo de Thomson. Por otra parte, Rutherford interpretó esos resultados como evidencia de la existencia del núcleo atómico.

Toda la carga eléctrica positiva y la mayor parte de la masa del átomo estan confinadas en una región extremadamente pequeña que ocupaba el centro del átomo. Los electrones giraban en torno a él de manera parecida a como lo hacen los planetas en torno al Sol (átomo planetario o átomo nuclear).

Rutherford y el átomo nuclear

Estos descubrimientos, que parecían grandes avances, se convirtieron en un grave problema para la Física. La disyuntiva que se planteaba era la siguiente:

- El átomo nuclear no puede existir según la Física Clásica. Según el electromagnetismo de Maxwell, una carga acelerada (y un electrón girando en torno al núcleo lo es) debe emitir continuamente energía en forma de onda electromagnética (luz de espectro continuo), por tanto, el electrón debería acercarse al núcleo hasta chocar con él. El átomo se debía destruir en 0,00000001 s.

- El átomo existe y es estable. La materia existe y no se destruye en un estallido de energía. Además, los experimentos de dispersión de partículas alfa confirman que el átomo tiene núcleo.

Parece que la solución a este dilema entre la previsión teórica y los datos experimentales es evidente:

LA FÍSICA CLÁSICA NO PUEDE APLICARSE AL ÁTOMO. PREDICE FENÓMENOS QUE NO SE CUMPLEN Y NO ES CAPAZ DE EXPLICAR OTROS QUE SÍ SE CUMPLEN (ESPECTRO DISCONTINUO DE LA LUZ DE LOS ELEMENTOS).

LA FÍSICA CLÁSICA HABÍA LLEGADO A SU LÍMITE, NO PODÍA SER APLICADA A FENÓMENOS QUE OCURRÍAN EN SISTEMAS MUY PEQUEÑOS COMO LOS ÁTOMOS.