Espectros atómicos y el modelo de Bohr

Este cuestionario de Física de 2º de Bachillerato desarrolla el modelo atómico de Bohr y los espectros atómicos, bloque de física moderna que conecta directamente con el efecto fotoeléctrico y la hipótesis de Planck en el temario de PAU (Selectividad).

Se presentan los postulados de Bohr para el átomo de hidrógeno: las órbitas permitidas del electrón deben cumplir que su momento angular esté cuantizado, L=n(h/2π), lo que restringe al electrón a un conjunto discreto de órbitas estables en las que —a diferencia de la predicción de la física clásica— no irradia energía y por tanto no colapsa sobre el núcleo.

Se trabaja la fórmula de la energía de los niveles del átomo de hidrógeno, Eₙ=-13,6 eV/n², resolviendo el cálculo de la energía de ionización desde el estado fundamental, y se relaciona con el radio de las órbitas permitidas, proporcional a n², de modo que la órbita n=2 tiene un radio cuatro veces mayor que la fundamental.

El bloque de series espectrales distingue las tres series clásicas del hidrógeno: Lyman (transiciones que terminan en n=1, ultravioleta), Balmer (terminan en n=2, visible) y Paschen (terminan en n=3, infrarrojo), aplicando la fórmula de Rydberg 1/λ=R(1/n_f²-1/n_i²) para calcular la longitud de onda de un fotón emitido en una transición dada. Se distingue también el espectro de emisión (líneas brillantes sobre fondo oscuro, producidas al caer el electrón a niveles inferiores) del espectro de absorción (líneas oscuras sobre fondo continuo, producidas al excitar el electrón a niveles superiores absorbiendo fotones de energía exacta).

Se resuelve un problema de conversión fotón-frecuencia usando la constante de Planck en electronvoltios, y se cierra el bloque con las limitaciones históricas del modelo de Bohr: funciona con gran precisión solo para el átomo de hidrógeno (y iones hidrogenoides), pero falla para átomos multielectrónicos y no explica fenómenos como la estructura fina o el efecto Zeeman, limitaciones que motivaron el desarrollo posterior de la mecánica cuántica ondulatoria.

Las 12 preguntas combinan problemas numéricos (energía de ionización, frecuencia de un fotón, radio orbital) con preguntas conceptuales sobre postulados de Bohr, series espectrales y limitaciones del modelo. Las 12 flashcards (más una adicional) recogen las fórmulas y conceptos esenciales para el repaso final.

• Enunciar los postulados del modelo atómico de Bohr y explicar por qué el electrón no colapsa sobre el núcleo
• Calcular la energía de ionización del átomo de hidrógeno desde su estado fundamental usando Eₙ=-13,6 eV/n²
• Aplicar la fórmula de Rydberg para calcular la longitud de onda de un fotón emitido en una transición electrónica dada
• Distinguir las series espectrales de Lyman, Balmer y Paschen según el nivel final de la transición
• Explicar las limitaciones del modelo de Bohr para átomos multielectrónicos y fenómenos como la estructura fina

"La energía de los niveles del átomo de hidrógeno viene dada por Eₙ = -13,6 eV/n². La energía necesaria para ionizar un átomo de hidrógeno desde su estado fundamental (n=1) es de 13,6 eV. Si un electrón transita desde el nivel n=3 al nivel n=2, la radiación emitida pertenece a la serie de Balmer."