Bohr Nobel Lecture

7/30/2019 Bohr Nobel Lecture

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Niels Bohr

La estructura del tomo

Conferencia Nobel, 11 de Diciembre de 1922 (Primera parte)

Damas y Caballeros.

Hoy, como consecuencia del gran honor que me ha conferido la Academia de

Ciencias Sueca, al otorgarme el Premio Nobel de Fsica de este ao, por mi trabajo sobre

la estructura del tomo, es mi deber dar cuenta de los resultados de este trabajo, y pienso

que debo hacerlo en concordancia con las tradiciones de la Fundacin Nobel, por lo que

presentar un reporte en forma de resea del desarrollo ocurrido en los ltimos aos,

dentro del campo de la Fsica, al que este trabajo pertenece.

Panorama general del tomo

El estado presente de la teora atmica se caracteriza por el hecho de que, no slo

creemos en la existencia de los tomos -probada ms all de toda duda- sino que adems

creemos que tenemos un ntimo conocimiento de los constituyentes de los tomos

individuales. No puedo en esta ocasin brindarles un informe de los desarrollos cientficos

que nos han llevado a estos resultados, slo recordar el descubrimiento del electrn,

cerca del final del ltimo siglo, que proporcion la verificacin directa y condujo a una

formulacin concluyente sobre la naturaleza atmica de la electricidad, la que ha

evolucionado desde los descubrimientos de Faraday de las leyes fundamentales de la

electrolisis, la teora electroqumica de Berzelius hasta, su mayor triunfo, la teora de la

disociacin electroltica de Arrhenius. El descubrimiento del electrn y la elucidacin de

sus propiedades fue el resultado del trabajo de gran nmero de investigadores entre los

que Lenard y J. J. Thomson merecen una mencin especial. El ltimo, en particular,

realiz importantes contribuciones a nuestro asunto a travs de sus ingeniosos intentos

de desarrollar ideas sobre la constitucin del tomo en base a la teora del electrn. El

presente estado de nuestro conocimiento de los fundamentos de la estructura atmica fue

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alcanzado sin embargo, gracias al descubrimiento del ncleo atmico, que le debemos a

Rutherford, cuyo trabajo sobre las sustancias radiactivas descubiertas a fines del siglo

pasado, ha enriquecido en gran medida a las ciencias fsicas y qumicas.

De acuerdo a nuestras presentes concepciones , el tomo de un elemento estconstituido por un ncleo con carga elctrica positiva y que concentra por lejos la mayor

parte de la masa atmica, junto con un nmero dado de electrones, todos con la misma

masa y carga negativa, que se mueven a distancias del ncleo muy grandes comparadas

con las dimensiones nucleares o las de los electrones mismos. En esta imagen

encontramos a la vez, un sorprendente parecido con la de un sistema planetario tal como

se nos presenta nuestro propio sistema solar. Exactamente como la simplicidad de las

leyes que gobiernan los movimientos en el sistema solar, estn ntimamente conectadascon la circunstancia de que las dimensiones de los cuerpos mviles es pequea en

relacin a las rbitas, as, las correspondientes relaciones en la estructura atmica, nos

brindan una explicacin de las caractersticas esenciales de los fenmenos naturales que

en ltima instancia dependen de las propiedades de los elementos. Resulta claro a la vez,

que estas propiedades pueden dividirse en dos clases bien definidas.

A la primera clase pertenecen la mayora de las propiedades fsicas y qumicas

ordinarias como el estado de agregacin, el color y la reactividad qumica. Estas

propiedades dependen del movimiento del sistema electrnico y de la forma en que ese

movimiento cambia bajo la influencia de diferentes agentes externos. Tomando en cuenta

la gran masa relativa del ncleo con respecto a los electrones y su pequeez en

comparacin con las rbitas, el movimiento de los electrones debe depender slo en un

grado muy pequeo, de la masa nuclear, y estar determinado casi nicamente, por la

carga elctrica del ncleo. En particular, la estructura interna del ncleo y la forma en que

las cargas y masas se distribuyen entre sus partculas individuales, debe tener una

influencia insignificante sobre el movimiento del sistema electrnico que rodea al ncleo.

Por otra parte, la estructura del ncleo ser la responsable de una segunda clase

de propiedades que son las que exhiben las sustancias radiactivas. En el proceso

radiactivo nos encontramos con una explosin del ncleo en la que partculas positivas y

negativas, denominadas partculas- y partculas-, son expelidas a grandes

velocidades.

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Nuestra concepcin acerca de la estructura atmica nos permite por tanto, una

inmediata explicacin de la ausencia total de interdependencia entre las dos clases de de

propiedades, que se manifiesta en forma sorprendente en la existencia de sustancias que

tienen una extraordinaria similitud entre las mismas propiedades fsicas y qumicas, ancuando sus pesos atmicos no son los mismos, mientras que sus propiedades radiactivas

son completamente diferentes. Tales sustancias, cuya existencia resulta evidente por

primera vez en los trabajos de Soddy y otros que investigaron las propiedades qumicas

de los elementos radiactivos, son llamadas istopos, nombre que hace referencia a la

clasificacin de los elementos de acuerdo a sus propiedades fsicas y qumicas ordinarias.

No es necesario que exponga aqu cmo, en los aos recientes, se ha demostrado que

los istopos se encuentran no slo entre los elementos radiactivos, sino tambin entre loselementos estables ordinarios; de hecho, muchos de los ltimos, que previamente eran

supuestamente simples, se ha demostrado por los bien conocidos trabajos de Aston, que

consisten en una mezcla de istopos con diferentes pesos atmicos.

La cuestin de la estructura interna del ncleo es an poco comprendida, aunque

un mtodo de atacar el problema nos lo ofrecen los experimentos de Rutherford sobre la

desintegracin del ncleo atmico mediante el bombardeo con partculas alfa. Puede

decirse que esos experimentos abrieron una nueva poca en la filosofa natural en la que

por primera vez se ha logrado la transformacin artificial de un elemento en otro. En lo

que sigue sin embargo, nos dedicaremos a considerar las propiedades fsicas y qumicas

ordinarias de los elementos y los intentos que se han realizado para explicarlas sobre la

base de los conceptos ya esbozados.

Es bien conocido que los elementos pueden ordenarse de acuerdo a sus

propiedades fsicas y qumicas ordinarias, en un sistema natural que presenta muy

sugestivamente las peculiares relaciones entre ellos. Fue reconocido por primera vez por

Mendeleev y Lothar Meyer que, cuando los elementos se organizan ordenndolos de

acuerdo a sus pesos atmicos, sus propiedades qumicas y fsicas muestran una marcada

periodicidad. Una representacin esquemtica de la as llamada Tabla Peridica, es dada

en la Fig. 1, donde, sin embargo, los elementos no estn ordenados en la forma corriente

sino en una versin modificada de una tabla creada en principio por Julius Thomsen,

quien ha realizado importantes contribuciones a la ciencia en este campo.

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En la figura, los elementos son denotados mediante sus smbolos qumicos usuales, y las

diferentes columnas verticales indican los llamados perodos. Los elementos en las

sucesivas columnas, poseedores de propiedades qumicas y fsicas homlogas, estn

conectados por lneas. El significado de los parntesis rectos en torno a ciertas series de

elementos de los ltimos perodos, cuyas propiedades exhiben desviaciones tpicas de lasimple periodicidad de los primeros perodos, ser discutida ms adelante.

En el desarrollo de la teora de la estructura atmica, las caractersticas de ste

sistema natural han alcanzado una interpretacin sorprendentemente simple. sto es,

hemos sido llevados a asumir que el nmero ordinal de un elemento en la Tabla Peridica

-el llamado nmero atmico- es sencillamente igual al nmero de electrones que se

mueven alrededor del ncleo en un tomo neutro. En una forma imperfecta, esta ley fueprimeramente establecida por Van den Broek; esbozada asimismo por las investigaciones

de J. J. Thomson sobre el nmero de electrones en el tomo, as como por las

mediciones de Rutherford sobre la carga del ncleo atmico.

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Como hemos visto, un sostn convincente para esta ley fue obtenido por diversas

vas, especialmente por las famosas investigaciones de Moseley sobre el espectro de

rayos-X de los elementos. Tal vez debamos anotar, cmo una simple conexin entre el

nmero atmico y la carga nuclear, ofrece una explicacin de las leyes que gobiernan los

cambios en las propiedades qumicas de los elementos despus de la expulsin departculas y , que encuentra una formulacin simple en la llamada ley del

desplazamiento radiactivo.

Estabilidad atmica y teora electrodinmica

Tan pronto como intentamos trazar una conexin estrecha entre las propiedades delos elementos y la estructura atmica, encontramos serias dificultades, dadas las

diferencias esenciales existentes entre un tomo y un sistema planetario, pese a la

analoga antes sealada.

Los movimientos de los cuerpos en un sistema planetario, aunque obedecen

ajustadamente a la ley general de la gravitacin, no son completamente determinados por

esta ley en solitario, sino que dependen, en gran medida, de la historia previa del

sistema. As, la duracin del ao no est determinada solamente por las masas

respectivas del Sol y la Tierra, sino que depende tambin de las condiciones reinantes

durante la formacin del sistema solar, evento del que tenemos un conocimiento muy

parcial. Si un cuerpo externo suficientemente grande atravesara un da nuestro sistema

solar, entre otros efectos, deberamos esperar que luego de ese da, la duracin del ao

fuera diferente de la actual.

Es muy diferente el caso de los tomos. Las definidas e invariables propiedades de

los elementos demandan que el estado de un tomo no experimente cambios

permanentes debidos a las acciones externas. Tan pronto como el tomo es abandonado

a s mismo, sus partculas constitutivas ajustan sus movimientos de modo tal que quedan

totalmente determinados por la carga elctrica y la masa de las partculas. Tenemos la

evidencia ms convincente que nos brindan sus espectros, esto es, en las propiedades de

la radiacin emitida por las sustancias en ciertas circunstancias, que pueden ser

estudiadas con gran precisin. Es bien conocido que las longitudes de onda de las lneas

espectrales de una sustancia -las que en varios casos pueden medirse con una precisin

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mayor que una parte por milln- son, en diferentes circunstancias externas, siempre

exactamente las mismas, dentro de los lmites del error de medicin, y completamente

independientes del tratamiento previo recibido por esa sustancia. Es a estas

circunstancias que debemos la importancia atribuida al anlisis espectral, que ha sido un

auxilio invalorable para los qumicos en la bsqueda de nuevos elementos, e incluso nosha mostrado, an en los cuerpos ms distantes del universo la existencia de elementos

con exactamente las mismas propiedades encontradas en la Tierra.

Sobre la base de nuestro panorama de la constitucin del tomo, se hace imposible

en tanto nos restringimos a las leyes ordinarias de la mecnica, dar cuenta de la

caracterstica estabilidad atmica requerida para explicar las propiedades de los

elementos.

La situacin no mejora si entran en consideracin las bien conocidas leyes de la

electrodinmica de Maxwell, exitosas en la formulacin de las bases de los grandes

descubrimientos de Oersted y Faraday en la primera mitad del siglo pasado. La teora de

Maxwell se muestra no slo capaz de dar cuenta de los ya conocidos fenmenos

elctricos y magnticos en todos sus detalles, sino que ha celebrado su gran triunfo en la

prediccin de las ondas electromagnticas descubiertas por Hertz y utilizadas hoy

extensamente en la telegrafa inalmbrica.

Por un tiempo pareci que esa teora podra ser capaz de proporcionar la base

para una explicacin detallada de las propiedades de los elementos que ms tarde sera

desarrollada primeramente por Lorentz y Larmor, de una manera consistente con la

concepcin atomstica de la electricidad. Slo necesito mencionar el gran inters

despertado cuando Lorentz, poco despus del descubrimiento de Zeeman de los cambios

caractersticos que experimentan las lneas espectrales cuando la sustancia emisora es

colocada en un campo magntico, pudo dar una explicacin simple de los aspectos

fundamentales del fenmeno. Lorentz asumi que la radiacin que observamos en una

lnea espectral es emitida por un electrn que ejecuta vibraciones armnicas en torno a

una posicin de equilibrio, exactamente de la misma manera en la que las ondas

electromagnticas en radiotelegrafa, son emitidas por las oscilaciones elctricas que

ocurren en la antena. Incluso seal cmo, la alteracin observada por Zeeman en las

lneas espectrales, corresponden exactamente con la alteracin que se esperara que

produjera el campo magntico en el movimiento de un electrn vibrante.

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Sin embargo fue imposible, sobre estas bases, brindar una explicacin ms

ajustada de los espectros de los elementos, o an de las leyes generales que dan cuenta

con exactitud de las longitudes de onda de las lneas espectrales formuladas por Balmer,

Rydberg y Ritz. Despus de obtener detalles referidos a la constitucin del tomo, esta

dificultad se hizo an ms evidente. De hecho, mientras nos ceimos a la teoraelectrodinmica clsica, no podemos siquiera entender por qu los espectros obtenidos

consisten en lneas definidas. Esta teora puede incluso declararse incompatible con la

asuncin de la existencia de tomos poseedores de la estructura que antes describimos,

en la cual, los movimientos de los electrones demandaran una emisin continua de

radiacin por parte del tomo, que slo cesara cuando los electrones cayeran en el

ncleo.

El origen de la Teora Cuntica

Fue posible, sin embargo, eludir las variadas dificultades de la teora

electrodinmica, introduciendo conceptos esbozados por la llamada teora cuntica, la

que marca un completo apartamiento de las ideas usuales hasta el momento para la

explicacin de los fenmenos naturales. Es esta teora, iniciada por Planck en el ao

1900, en sus investigaciones sobre la ley de la radiacin trmica, la cual, merced a su

independencia de las propiedades individuales de las sustancias, resulta particularmente

buena para poner a prueba la aplicabilidad de las leyes de la fsica clsica a los procesos

atmicos.

Planck consider el equilibrio de la radiacin entre ciertos sistemas con las mismas

propiedades que aquellas en las que Lorentz bas su teora sobre el efecto Zeeman, pero

entonces pudo demostrar, no slo que la fsica clsica no puede dar cuenta del fenmeno

de la radiacin trmica, sino que una ley en completo acuerdo con la experiencia puede

obtenerse si -en una marcada contradiccin con la teora clsica- asumimos que la

energa de los electrones vibrantes no cambia en forma continua, sino slo de manera tal

que la energa del sistema siempre permanece igual a un nmero entero de los llamados

cuantos de energa. La magnitud de estos cuantos result proporcional a la frecuencia

de la oscilacin de la partcula, la cual, en acuerdo con los conceptos clsicos, sera

tambin la frecuencia de la radiacin emitida. El factor de proporcionalidad termin siendo

considerado como una nueva constante universal, la constante de Planck, similar a otras

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como la velocidad de la luz y la carga y masa del electrn.

Los sorprendentes resultados de Planck se mantuvieron al principio completamente

aislados en el campo de las ciencias naturales, pero con las significativas contribuciones

de Einstein al respecto, pocos aos despus se les encontr una gran variedad deaplicaciones. En primer lugar, Einstein seal que la condicin limitante de la cantidad de

energa vibracional de las partculas puede ser puesta a prueba investigando el calor

especfico de los cristales, ya que en el caso de stos, nos encontramos con vibraciones

similares, no de un electrn solitario, sino de todos los tomos en sus posiciones de

equilibrio dentro de la red cristalina. Einstein fue capaz de demostrar que la experiencia

confirma la teora de Planck, y con el transcurso de investigaciones posteriores, este

acuerdo resultara completo. Adems, Einstein destac otra consecuencia de losresultados de Planck: aquella segn la cual la energa radiante slo puede ser emitida o

absorbida por una partcula oscilante en cuantos de radiacin, cuya magnitud es igual a

la constante de Planck multiplicada por la frecuencia.

En sus intentos de interpretar estos resultados, Einstein fue llevado a la formulacin de la

llamada hiptesis de los cuantos de luz, segn la cual, la energa radiante -en

contradiccin con la teora electromagntica de la luz de Maxwell- no se propaga en forma

de ondas electromagnticas sino ms bien, como discretos tomos de luz, cada uno con

una energa igual a la de un cuanto de radiacin.

Este concepto condujo a Einstein a su bien conocida teora del efecto fotoelctrico.

Este fenmeno, que permaneci completamente inexplicable para la teora clsica, fue de

este modo colocado bajo una nueva luz, y las predicciones de la teora de Einstein

recibieron una confirmacin experimental en aos recientes. Probablemente, los valores

ms exactos de la constante de Planck fueron obtenidos a travs de las mediciones

realizadas en torno al efecto fotoelctrico.

A pesar de su valor heurstico, la hiptesis de los cuantos de luz, irreconciliable con

los llamados fenmenos de interferencia, no es capaz de arrojar claridad sobre la

naturaleza de la radiacin. Slo debo recordar que estos fenmenos de interferencia

constituyen nuestro nico medio para investigar las propiedades de la radiacin y en

consecuencia, de asignar una mayor comprensin del significado de la frecuencia que, en

la teora de Einstein, fija la magnitud de los cuantos de luz.

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En los aos que siguieron, se hicieron esfuerzos para aplicar los conceptos de la

teora cuntica a la cuestin de la estructura atmica, y el nfasis principal se hizo a

menudo sobre una u otra de las consecuencias deducidas por Einstein de los resultados

de Planck. Entre los intentos ms conocidos en esta direccin -del cual, no obstante, no

se obtuvieron resultados definitivos- puede mencionarse el trabajo de Stark, Sommerfeld,Hasenhrl, Hass, y Nicholson.

De ste perodo data tambin una investigacin de Bjerrum sobre las bandas de

absorcin en el infrarrojo, la que aunque no tena relacin directa con la estructura

atmica, result significativa en el desarrollo de la teora cuntica. l dirigi la atencin

sobre el hecho de que la rotacin de las molculas en un gas puede investigarse a travs

de los cambios en ciertas lneas de absorcin con la temperatura. Al mismo tiempo hizo

nfasis en el hecho de que el efecto podra no consistir en una dispersin continua de laslneas -como cabra esperar a partir de la teora clsica, la que no establece restricciones

para la rotacin molecular- sino que, en acuerdo con la teora cuntica, predice que las

lneas deben dividirse en un nmero de componentes que corresponden a la secuencia

de distintas posibilidades de rotacin. Esta prediccin fue confirmada pocos aos despus

por Eva von Bahr, y el fenmeno es an considerado como una de las evidencias ms

contundentes de la realidad de la teora cuntica, an sabiendo, desde nuestro actual

punto de vista, que la explicacin original ha sido objeto de modificacin en detalles

esenciales.

La teora cuntica de la constitucin del tomo

Entretanto, el desarrollo futuro de la teora cuntica fue marcado a la luz del

descubrimiento del ncleo atmico , por parte de Rutherford (1911). Como ya hemos

visto, este descubrimiento puso en claro que, slo con la concepcin clsica, era

imposible la comprensin de las propiedades ms esenciales de los tomos.

Uno se sinti empujado a la bsqueda de una formulacin de los principios de la teora

cuntica que pudiera dar de inmediato, cuenta de la estabilidad en la estructura atmica,

de las propiedades de la radiacin emitida por los tomos y de las propiedades conocidas

de las sustancias. Tal formulacin fue propuesta (1913) por el presente conferencista en

forma de los dos postulados que a continuacin expondremos:

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I) Entre los concebibles estados posibles de movimiento en un sistema atmico,

existe un nmero dado de estados llamados estacionarios que, a despecho del

hecho de que el movimiento de las partculas en esos estados, obedecen en gran

medida a las leyes de la mecnica clsica, poseen una peculiar , y mecnicamente

inexplicable estabilidad, de tal manera, que cualquier cambio permanente en elmovimiento del sistema, debe consistir en una completa transicin desde un estado

estacionario hacia otro.

II) Mientras que, en contradiccin con la teora electromagntica clsica, no se emite

radiacin por parte del tomo en el estado estacionario, un proceso de transicin

entre dos estados estacionario puede ser acompaada por la emisin de radiacin

electromagntica, la que tendr las mismas propiedades que las que se prevn -deacuerdo con la teora clsica- para una partcula electrificada ejecutando una

vibracin armnica de frecuencia constante. Esta frecuencia no tiene sin

embargo, una relacin simple con el movimiento de las partculas del tomo, sino

que viene dada por la relacin:

h = E' E''

donde h es la constante de Planck, y E' y E'' son los valores de la energa del tomo en

dos estados estacionarios que constituyen los estados inicial y final en el proceso de

emisin de radiacin. A la inversa, la irradiacin del tomo con ondas electromagnticas

de esa frecuencia, puede conducir a un proceso de absorcin, en el cual el tomo es

devuelto al estado estacionario anterior.

Mientras que el primer postulado contiene una visin de la estabilidad general del tomo,el segundo postulado apunta principalmente a la existencia de espectros con lneas

definidas. Adems, la condicin cuntica introducida en el segundo postulado ofrece un

punto de partida para la interpretacin de las leyes de las series espectrales.

La ms general de esas leyes, el principio de combinacin enunciado por Ritz, establece

que la frecuencia de cada una de las lneas en el espectro de un elemento puede

representarse mediante la frmula

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= T'' - T'

en la que T'' y T' son dos de los llamados trminos espectrales pertenecientes a los

mltiples trminos caractersticos de la sustancia en cuestin.

De acuerdo con nuestros postulado, esta ley encuentra una interpretacin

inmediata en la asuncin de que el espectro es emitido a travs de transiciones entre un

nmero de estados estacionarios en los cuales, el valor numrico de la energa del tomo,

es igual al valor del trmino espectral multiplicado por la constante de Planck.

Esta explicacin del principio de combinacin difiere visiblemente y de manera

fundamental con las ideas usuales de la electrodinmica, tan pronto como consideramos

que no hay una relacin simple entre el movimiento en el tomo y la radiacin emitida. El

apartamiento de nuestras consideraciones de las ideas comunes en la filosofa natural se

vuelve particularmente evidente cuando observamos que la ocurrencia de dos lneas

espectrales -correspondientes a la combinacin del mismo trmino espectral con otros

dos diferentes trminos- implica que la naturaleza de la radiacin emitida por el tomo, no

est determinada solamente por el movimiento en el tomo al inicio del proceso de

radiacin, sino que tambin depende del estado al cual el tomo es transferido por ese

proceso.

A primera vista, parece difcil llevar nuestra explicacin formal del principio de

combinacin hacia una relacin directa con nuestra visin de la constitucin del tomo, la

que de hecho, est basada en evidencia experimental interpretada por la mecnica y la

electrodinmica clsicas. Sin embargo, una investigacin ms profunda, podr dejar en

claro la posibilidad de encontrar una relacin definitiva entre los espectros de los

elementos y la estructura de los tomos en base a estos postulados.

El espectro del hidrgeno

El ms simple de los espectros que conocemos es el del hidrgeno. Las

frecuencias de sus lneas pueden representarse con gran exactitud mediante la frmula

de Balmer:

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= K ( 1/n''2 - 1/n'2 )

donde K es una constante, y n' y n'' son dos enteros. En el espectro encontramos en

consecuencia una serie de trminos espectrales de K/n2, el cual decrece regularmente

con el incremento del trmino numrico n. En acuerdo con los postulados enunciados,

podemos asumir que cada una de las lneas del hidrgeno es emitida por una transicin

entre dos estados pertenecientes a una serie de estados estacionarios del tomo de

hidrgeno en el cual, el valor numrico de la energa del tomo es igual a hK/n2.

Siguiendo con nuestro panorama de la estructura atmica, el tomo de hidrgeno

consiste en un ncleo positivo y un electrn el cual -hasta donde las concepciones de la

mecnica ordinaria sean aplicables- describe, con gran aproximacin, una rbita elptica

peridica con el ncleo en uno de los focos. El eje mayor de la rbita es inversamente

proporcional al trabajo necesario para remover completamente el electrn del ncleo y en

concordancia con lo anterior ese trabajo, para el estado estacionario es justamente igual a

hK/n2.

De esta forma arribamos a mltiples estados estacionarios para los cuales el eje

mayor de la rbita del electrn toma una serie de valores discretos proporcional a los

cuadrados de nmeros enteros. La Fig. 2, muestra estas relaciones dramticamente. Para

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mayor simplicidad, las rbitas electrnicas son representadas con crculos, aunque en

realidad la teora no impone restricciones a la excentricidad de la rbita, sino que slo

determina la longitud del eje mayor. Las flechas representan los procesos de transicin

que corresponden al las lneas roja y verde del hidrgeno, cuya frecuencia viene dada por

la frmula de Balmer cuando asignamos los valores, n''=2 y n'=3 y 4, respectivamente.Tambin son representados aquellos procesos de transicin que corresponden a las

primeras tres lneas de la serie de lneas ultravioletas encontrada por Lyman en 1914, las

cuales vienen dadas por la frmula cuando n''=1, as como la primera de la lnea de la

serie infrarroja, descubierta algunos aos antes por Paschen, dada por la misma frmula,

si n''=3.

Esta explicacin del origen del espectro del hidrgeno nos condujo naturalmente a

interpretar este espectro como una manifestacin de un proceso por el cual, el electrn seencuentra unido al ncleo. En tanto el trmino espectral mayor -con el trmino numrico

1- corresponde al estado final en el proceso de unin, los trminos espectrales menores -

con valores ms altos en el trmino numrico- corresponden a estados estacionarios que

representan los estados iniciales del proceso de unin, donde las rbitas del electrn

tienen todava grandes dimensiones y donde el trabajo necesario para remover un

electrn de su vnculo con el ncleo es an menor. El estado final en el proceso de unin

puede designarse como el estado normal del tomo, y se distingue de los otros, por la

propiedad de que -en acuerdo con los postulados-, este estado slo puede cambiar

mediante la adicin de energa, por la cual el electrn es transferido a una rbita de

mayores dimensiones correspondiente a estados primitivos del proceso de unin.

El tamao de la rbita del electrn en el estado normal, calculada sobre la base de

la interpretacin del espectro que reseamos arriba, coincide fuertemente con el valor de

las dimensiones atmicas de los elementos que han sido calculadas mediante la teora

cintica de la materia en base a las propiedades de los gases. Desde que no obstante,

como inmediata consecuencia de la estabilidad de los estados estacionarios afirmada por

los postulados, debemos suponer que la interaccin entre dos tomos durante una

colisin, no puede ser completamente descrito con el auxilio de las leyes de la mecnica

clsica, la comparacin anterior no puede llevarse muy lejos en base a las

consideraciones realizadas anteriormente.

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Una conexin ms ntima entre los espectros y el modelo atmico fue revelada sin

embargo, por una investigacin sobre el movimiento en esos estados estacionarios donde

el trmino numrico es grande y en el que las dimensiones de la rbita del electrn y su

frecuencia de revolucin vara relativamente poco cuando pasamos de un estado

estacionario a otro. Es posible demostrar que la frecuencia de la radiacin emitida durantelas transiciones entre dos estados estacionarios, tiende a coincidir con la frecuencia de

uno de los componentes armnicos en los cuales, el movimiento del electrn puede

resolverse, y concordantemente con la frecuencia de uno de los trenes de onda en los

que la radiacin puede emitirse de acuerdo con las leyes de la electrodinmica ordinaria.

La condicin para que tal coincidencia pueda ocurrir en esta regin en la que los

estados estacionarios difieren muy poco uno del otro, prueba que la constante en la

frmula de Balmer puede expresarse mediante la relacin

K = 22e

4m / h

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en la que e y m son respectivamente la carga y la masa del electrn, mientras que h es la

constante de Planck. Esta relacin se demostr ajustada con gran exactitud,

especialmente desde que a partir de las bellas investigaciones de Millikan, se conocieron

los valores de e, m y h.Este resultado muestra que existe una conexin entre el espectro del hidrgeno y

el modelo del tomo de hidrgeno, la cual, en conjunto, es tan cercana como podramos

esperar considerando el apartamiento de los postulados sealados, de las leyes de la

mecnica y la electrodinmica clsicas. Sobre esta importante cuestin volveremos ms

adelante, pero primero discutiremos cmo la interpretacin del espectro del hidrgeno en

base a los postulados se ha probado aplicable de varias maneras, a la elucidacin de la

relacin entre las propiedades de los diferentes elementos.

Fuente: Nobel Prize website

Traduccin: Uruguay Educa

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