Los electrones que emiten fotones

Física
Los electrones que emiten fotones
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
–15
m. 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
Gev
Giga electrón volt
109 ev.
Tev
Tera electrón volt
1012 ev.
6
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.
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