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284 CAPÍTULO 7 Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos

7.3 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno

Las investigaciones de Einstein prepararon el camino para resolver otro “misterio” de la
física del siglo xix: los espectros de emisión de los átomos .

Espectros de emisión

Animación Desde el siglo xvii, época en que Newton demostró que la luz solar está formada de di-
Espectros de emisión
versos componentes de color que al volver a combinarlos producen la luz blanca, los fí-
sicos y los químicos han estudiado las características de los espectros de emisión , es
decir, los espectros continuos o de líneas de radiación emitida por las sustancias . Es
posible observar un espectro de emisión de una sustancia al “energizar” una muestra de
Animación
Espectros de líneas material mediante energía térmica , o bien con alguna otra forma de energía (como una
descarga eléctrica de alto voltaje ). Así, una barra de hierro calentada al “rojo” o al “blan-
co” incandescente, recién sacada de la fuente de calentamiento, emite un resplandor ca-
racterístico. Este resplandor es la parte del espectro visible para el ojo humano. El calor
de esta misma barra representa otra parte de su espectro de emisión: la región infrarroja.
Los espectros de emisión de los sólidos calentados tienen una característica común con el
espectro solar : ambos son continuos; esto es, todas las longitudes de onda de la luz visi-
ble están representadas en estos espectros (vea la región visible en la fi gura 7.4).
Por su parte, los espectros de emisión de los átomos en fase gaseosa no muestran una
distribución continua de longitudes de onda del rojo al violeta; más bien, los átomos
producen líneas brillantes en distintas partes del espectro visible. Estos espectros de líneas
corresponden a la emisión de la luz sólo a ciertas longitudes de onda. La fi gura 7.6 mues-
tra un esquema de un tubo de descarga que se emplea para estudiar los espectros de
emisión; en la fi gura 7.7 se muestra el color que emiten los átomos de hidrógeno en un
tubo de descarga.
Cada elemento tiene un espectro de emisión único . Las líneas características de un
espectro atómico se emplean en el análisis químico para identifi car átomos desconocidos,
de la misma forma en que las huellas digitales sirven para identifi car a una persona.
Cuando se aplica un alto voltaje
entre los tenedores, algunos de Cuando las líneas del espectro de emisión de un elemento conocido coinciden exactamen-
los iones de sodio en el pepinillo te con las de una muestra desconocida, es posible establecer la identidad de esta muestra.
se convierten en átomos de sodio Aunque ya se sabía que este procedimiento sería útil en el análisis químico , el origen de
en estado excitado. Estos átomos estas líneas se desconocía a principios del siglo xx. En la fi gura 7.8 se muestran los es-
emiten la luz amarilla característica pectros de emisión de algunos elementos.
conforme se relajan hasta volver a
su estado fundamental.
Espectro de emisión del átomo de hidrógeno
En 1913, poco después de los descubrimientos de Planck y Einstein, el físico danés Niels
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Bohr dio a conocer una explicación teórica del espectro de emisión del átomo de hidró-
Animación geno . El tratamiento de Bohr es muy complejo y no se considera correcto en todos sus
Espectros de líneas atómicas
detalles. Por ello, aquí sólo nos concentraremos en los planteamientos importantes y en
los resultados fi nales que explican la posición de las líneas espectrales.
Cuando Bohr abordó por primera vez este problema, los físicos ya sabían que los
átomos estaban formados de electrones y protones. Consideraban al átomo como una
unidad donde los electrones giraban alrededor del núcleo en órbitas circulares a gran
velocidad. Este modelo resultaba atractivo porque semejaba el movimiento de los planetas
alrededor del Sol. Se suponía que en el átomo de hidrógeno, la atracción electrostática
entre el protón positivo “solar” y el electrón negativo “planetario” empujaba el electrón
hacia el interior, y que esta fuerza se contrarrestaba por la aceleración externa debida al
movimiento circular del electrón.

3 Niels Henrik David Bohr (1885-1962). Físico danés. Uno de los fundadores de la física moderna, recibió el
Premio Nobel en Física en 1922 por su teoría que explicaba el espectro del átomo de hidrógeno.