mi ensayito

PROPIEDADES CUANTICAS DE LA MATERIA Y LA ENERGÍA




ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Estructura Electrónica
Propiedades Corpusculares de la Energía Electromagnética
Efecto Fotoeléctrico

Un paso importante hacia el desarrollo de un modelo de estructura atómica se dio en 1905, cuando
Albert Einstein propuso una explicación para el efecto fotoeléctrico. Los científicos sabían, desde
finalesdel siglo XIX, que si se irradiaba con luz una superficie metálica limpia se ocasionaba que se
emitieran electrones desde el metal; véase la figura 1.4. Además la frecuencia de la luz utilizada para
irradiar debía estar por arriba de cierto valor, distinto par cada metal. Por ejemplo, la luz azul
(ν=6.7×1014 Hz) hace que el sodio metálico emita electrones, pero la luz roja (ν=4×1014 Hz) noocasiona ningún efecto sobre el sodio.

Figura 1.4 (a) Efecto Fotoeléctrico. (b) Fotocelda. Los electrones emitidos son atraídos hacia la terminal positiva. En
consecuencia fluye una corriente en el circuito.

Einstein explicó el efecto fotoeléctrico suponiendo que un rayo de luz se comporta como si fuera una
corriente de pequeñas partículas, llamadas fotones, cuya energía (E) se relaciona con sufrecuencia (o
longitud de onda, por medio de la ecuación

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E = hν =

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hc
λ

La constante de proporcionalidad h es la constante de Planck y tiene el valor h=6.626×10-34 J·s.
Frecuencias grandes y longitudes de onda cortas corresponden a radiación demayor energía, en tanto
que frecuencias pequeñas y longitudes de onda grandes corresponden a menor energía. Si la frecuencia
(o energía) del fotón que golpea un metal está por debajo de un valor mínimo, no se emite ningún
electrón. No obstante por arriba de ese umbral mínimo se transfiere energía suficiente del fotón para
vencer las fuerzas de atracción que mantienen unido al electrón con el metal(figura 1.5).

Figura 1.5 Significado del Umbral Mínimo de Frecuencia en el Efecto Fotoeléctrico

La conclusión principal del trabajo de Einstein fue que el comportamiento de la luz y otras formas de
energía electromagnética era más complejo de lo que se había pensado. Además de comportarse como
ondas, la energía luminosa también lo hace como partículas pequeñas. Tanto la luz como la materiaestán cuatizadas, lo que significa que tanto la materia como la energía electromagnética se encuentran
solo en cantidades discretas. Así como puede haber uno ó dos átomos de hidrógeno, pero no 1.5 ó 1.8, es
posible que haya uno o dos fotones, pero no 1.5 ó 1.8. La cantidad cuanto, o cuanto, de energía que
corresponde a un fotón de luz es tan inconcebiblemente pequeña, como lo es la cantidad demateria en
un átomo.
Modelo de Bohr

Una vez que se percibe que la naturaleza de la energía electromagnética es similar a la de una partícula,
es posible explicar parte del espectro atómico de líneas. Los átomos excitados energéticamente no son
capaces de emitir luz con longitud de onda que varíe de continuo, por lo que no producen un espectro
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continuo. En lugar de ello, los átomos están restringidos a emitir cuantos de sólo ciertas energías
específicas, razón por la que dan un espectro de líneas.
Con base en lo anterior, el físico danés Niels Bohr (1885-1962) propuso el modelo del átomo de
hidrógeno como un núcleo con un electrón que lo circunda,de modo muy parecido a como un planeta
describe su órbita alrededor del sol. De acuerdo con Bohr, los niveles de energía de las órbitas están
cuantizados, de forma que solo se dispone de ciertas órbitas específicas correspondientes a ciertas
energías específicas para el electrón. Las líneas de emisión espectral observadas se producen cuando un
electrón cae de una órbita externa de mayor...