Los electrones que emiten fotones

Los electrones que emiten fotones
Autora: Silvia Sokolovsky
Bibliografía
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Una vez establecida la existencia del átomo, la idea del cuanto de energía enunciada
por Einstein tomó forma en la mente de un joven físico llamado Niels Bohr quien ideó
un modelo atómico que está tan asentado en los libros de texto y en las obras de
divulgación científica que no puede ser ignorado, aunque desde la perspectiva
científica actual es errado.
La característica del átomo de Bohr es que los electrones giran alrededor del núcleo
únicamente a ciertas distancias bien definidas. Estas "zonas" donde se los puede hallar
se las denomina "órbitas permitidas" (ver r1 y r2 de la figura), el electrón puede
moverse dentro de ellas, pero no puede ocupar ninguna posición cuyo radio esté
comprendido entre los dos. Cuidado, las zonas de probabilidad se han dibujado
circulares para que la explicación se entienda mejor. Las posiciones que pueden tomar
los electrones no tienen forma circular.
El esquema ideado por Bohr nos ofrece una visualización muy sencilla del proceso
mediante el cual emiten luz. Desde el siglo XVIII se sabe que la luz es una onda. Pero
el descubrimiento de que su origen está ligado a las cargas eléctricas, siendo un tipo
particular de onda generada eléctricamente, fue uno de los grandes triunfos del siglo
XIX. Plank intuyó, de alguna manera, una discontinuidad en la energía pero nunca
aceptó realmente la idea de que la luz no fuera una onda clásica. Sin embargo Einstein
se dio cuenta que el postulado de Plank podría ser muy fructífero si se lo llevaba a sus
últimas consecuencias. El fenómeno fotoeléctrico, por el cual una plancha de zinc
iluminada con luz ultravioleta emite corriente en su superficie, no depende de la
intensidad de luz recibida sino de la longitud de onda que ella tenga. Este
comportamiento no es lógico desde el punto de vista ondulatorio. En 1905 Einstein
sugirió que la posibilidad que la luz estuviera compuesta por "corpúsculos" (la
discontinuidad de la que se estuvo hablando) en lugar de tratarse de unas onda en
sentido clásico; de esa manera podría explicarse el efecto observado. Las partículas que
componen la luz y demás radiaciones electromagnéticas reciben el nombre de
"fotones". El "como" son emitidos los fotones por los átomos es uno de los mayores
aportes al conocimiento que hizo Bohr.
Si bien los fenómenos físicos empleados no son los mismos, podemos asociar lo que
sucede al electrón con el concepto de energía potencial, por ejemplo gravitatoria. A
medida que nos alejamos del suelo la energía del sistema va aumentando;
análogamente los electrones que se hallan más alejados de núcleo tendrán mayor
energía que los que se encuentran en la periferia más cercana. Si se le entrega energía a
un electrón este debe alejarse hacia una posición más exterior, de mayor energía, ya
que su energía total ha aumentado. Para poder regresar al punto donde se encontraba
debe deshacerse de la energía "de más" que tiene. Por el principio de conservación de
la energía, toda esa energía excedente se "transforma" en una partícula energética: el
fotón. Al "emitir" un fotón (que se lleva la energía de más) el electrón baja al sitio
donde estaba antes de absorber energía.
Hoy se sabe que el propio átomo está compuesto por tres partículas a las que en algún
momento se las creyó "lo más pequeño". Los objetos son tan pequeños que cuesta
pensar que hay elementos más chicos todavía, pero los hay... El radio de un núcleo
típico es alrededor de 3.10–15m; si una partícula viajara a la velocidad cercana a la de la
luz (300000 km/seg) el tiempo en recorrer esa distancia sería de alrededor de 10 – 23
segundos. Que es el tiempo en que transcurren los procesos nucleares.
El radio de un átomo es alrededor de 3.10–10m. mientras que el de un protón oscila
alrededor de 8.10–16m.
En honor a Enrico Fermi la longitud de 10 –15m. se la ha denominado Fermi.
La masa de un electrón es de 9,11.10-30 Kg. pero también se utiliza el electrón - volt
(ev) que se define como "la cantidad de energía adquirida por una partícula cuya carga
(1,6 10 –19 C) es igual a la del electrón, cuando se mueve de un punto a otro entre los
que existe una diferencia de potencial de un volt".
Recordemos que energía potencial de un sistema es igual al producto de la carga por
la diferencia de potencial. Así 1 ev. = 1,6.10 –12 ergios.
Dado que la masa y la energía están relacionadas por la ecuación de Einstein podemos
hablar de equivalentes energético de la masa del electrón. En términos de electrón
voltios obtendremos para un electrón:
E (energía) = me . c2 ( ecuación de Einstein ), E = 9,11.10–33g . 3.1011cm/seg.
E = 0,51.106 ev.
Para un protón obtendremos E = 9,39 . 108 ev.
Ahora pondremos, para el mejor entendimiento del trabajo, una lista con las unidades
de energía cuya unidad es el ev
Abreviatura Nombre completo
Valor
ev
Electrón volt
1 ev
Kev
Kilo electrón volt
103 ev
Mev
Mega electrón volt 10 6 ev
Gev
Giga electrón volt
Tev
Tera electrón volt 1012 ev.
109 ev.
De esta manera el electrón posee una energía de 0,511 Mev., el protón 0,9383 Gev.,
mientras que el neutrón tiene 0,9396 Gev.
Un fotón de luz visible posee una energía de 10 Mev. aproximadamente y carece de
masa.