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El átomo es la unidad básica de la materia, y su estructura y comportamiento han sido objeto de estudio desde la antigüedad. A lo largo de la historia, se han propuesto diferentes modelos atómicos para explicar cómo está formado el átomo y cómo se relacionan sus componentes.
Uno de estos fue el modelo atómico de Bohr, que postuló que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares y discretas, y que solo emiten o absorben energía cuando saltan de una órbita a otra.
Sin embargo, el modelo de Bohr tenía algunas limitaciones y no podía explicar todos los fenómenos observados, como el efecto Zeeman o el efecto Stark. Por eso, en 1916, el físico alemán Arnold Sommerfeld propuso una generalización del modelo de Bohr, que incorporaba la teoría de la relatividad y las órbitas elípticas de los electrones. Este modelo se conoce como el Modelo atómico de Sommerfeld, y fue uno de los primeros pasos hacia la mecánica cuántica.
El origen del Modelo atómico de Sommerfeld se remonta a los trabajos de Niels Bohr, que en 1913 publicó su famoso modelo atómico basado en la teoría cuántica de Planck y la teoría atómica de Rutherford.
El modelo de Bohr explicaba el espectro del átomo de hidrógeno y el principio de correspondencia, pero tenía algunas insuficiencias, como no poder explicar el espectro de átomos de otros elementos, el desdoblamiento de las líneas espectrales bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos, o el hecho de que algunos electrones alcanzaran velocidades cercanas a la de la luz.
Sommerfeld, que era profesor de física teórica en la Universidad de Múnich y había sido alumno de Planck, se interesó por el modelo de Bohr y decidió estudiarlo desde un punto de vista relativista, es decir, teniendo en cuenta los efectos de la teoría de la relatividad de Einstein.
Sommerfeld se dio cuenta de que el modelo de Bohr solo era válido para electrones que se movían a velocidades pequeñas comparadas con la de la luz, y que para electrones de velocidades relativistas había que introducir algunas correcciones.
Además, Sommerfeld supuso que las órbitas de los electrones podían ser no solo circulares, sino también elípticas, lo que le permitió explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales. Sommerfeld publicó su modelo atómico en 1916, y lo perfeccionó en los años siguientes con la ayuda de sus alumnos y colaboradores, como Peter Debye, Wolfgang Pauli y Werner Heisenberg.
Las principales características del Modelo atómico de Sommerfeld son las siguientes:
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