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ÁTOMO

arrastrá: girar · clic en la nube: perturbar · clic en el espectro: mandar un fotón de ese color

1…6 nivel · G jugar · B modelo de Bohr · C colores · ←→ Enter fotón · S sonido · F pantalla completa · espacio pausa · R reiniciar · ? qué es esto

Átomo de hidrógeno

El electrón no gira alrededor del núcleo como un planeta. Lo que ves es una nube: donde hay más puntos, más probable es encontrarlo si lo buscás. La nube solo puede tener ciertas formas exactas, y cambiar de una a otra cuesta, o libera, una cantidad exacta de luz.

La escalera

Los botones de la izquierda son los niveles de energía. Las líneas los conectan con su altura real: los peldaños se amontonan hacia arriba, porque la energía de cada nivel es −13,6 eV dividido por n². Arriba de todo, a 0 eV, el electrón queda libre y el átomo se ioniza.

Eₙ = −13,6 eV / n²

El salto

El electrón no viaja de un nivel a otro: la nube se reacomoda. Al bajar, la diferencia de energía sale en un solo fotón, una partícula de luz, y esa energía fija su color. Al subir, tiene que llegar un fotón con exactamente esa energía: uno de otro color pasa de largo. Cada fotón emitido cae en el espectro de abajo y deja una línea.

1/λ = R · (1/n_f² − 1/n_i²)

Los saltos que terminan en n = 2 son la serie de Balmer, la única visible: rojo (3 → 2), turquesa (4 → 2), azul (5 → 2), violeta (6 → 2). Los que terminan en n = 1 son ultravioleta; los que terminan en 3 o más, infrarrojo.

La huella digital

Ese código de barras es la firma del hidrógeno: ningún otro átomo tiene esas líneas. Los astrónomos lo usan para saber de qué están hechas las estrellas y a qué velocidad se alejan. El rojo de las nebulosas es la línea de 656 nm. Y el helio se descubrió en el Sol en 1868, por una línea que nadie había visto en la Tierra.

Las formas

Los orbitales se llaman con el número del nivel y una letra: s esfera, p dos lóbulos, d cuatro lóbulos o un anillo, f y más allá, flores. Los dos colores de la nube son el signo de la función de onda, positivo de un lado y negativo del otro, separados por superficies donde el electrón nunca está.

Un fotón se lleva una unidad de giro. Por eso en cada salto la letra cambia en un paso (s ↔ p ↔ d ↔ f). Cuando un orbital f tiene que bajar a n = 1, no puede en un solo salto: cae en cascada, y salen varios fotones seguidos.

Jugar

El objetivo es llevar el electrón al nivel que se pide, mandándole luz desde el espectro. Solo lo absorbe si el color coincide con un salto posible desde donde está; si no, el fotón pasa de largo. Desde n = 1, todos los saltos son ultravioleta; desde n = 2, los colores visibles. Y el electrón no espera: a los pocos segundos vuelve a caer.

Bohr contra Schrödinger

En 1913, Niels Bohr propuso órbitas circulares con radios fijos, y con eso explicó los colores de Balmer. Pero las órbitas no explican las formas de los orbitales ni por qué unas líneas brillan más que otras. En 1926, Erwin Schrödinger reemplazó la órbita por una onda, y de ahí salen estas nubes. Alterná para comparar.

El sonido

Cada fotón suena como una nota de frecuencia proporcional a la de la luz: la misma luz, 41 octavas más grave. Así, los intervalos que escuchás son los intervalos reales entre las líneas del hidrógeno.

Un poco de historia

Johann Balmer, un maestro de escuela suizo de 60 años, encontró en 1885 la fórmula de las cuatro líneas visibles jugando con números, sin saber por qué funcionaba. Johannes Rydberg la generalizó en 1888. Bohr la explicó en 1913, y Schrödinger en 1926 la dedujo de una ecuación. La constante de Rydberg es hoy una de las cantidades medidas con más precisión de toda la física.

Lo que esta versión simplifica

El electrón real tarda nanosegundos en caer; acá, segundos. No hay espín ni estructura fina, y los orbitales de un mismo nivel se eligen al azar. El tamaño sí es real: la nube de n = 6 es unas cuarenta veces más grande que la de n = 1, y la escala de abajo a la derecha lo muestra.