Este team de expertos pasados varios días de investigación y de juntar de información, hallamos los datos necesarios, esperamos que resulte útil para ti en tu plan.
Solución:
Tiene razón, el modelo planetario del átomo no tiene sentido cuando se consideran las fuerzas electromagnéticas involucradas. El electrón en una órbita acelera continuamente y, por lo tanto, irradiaría su energía y caería en el núcleo.
Una de las razones para “inventar” la mecánica cuántica fue exactamente este enigma.
El modelo de Bohr fue propuesto para resolver esto, al estipular que las órbitas estaban cerradas y cuantizadas y que no se podía perder energía mientras el electrón estaba en órbita, creando así la estabilidad del átomo necesaria para formar sólidos y líquidos. También explicó las líneas observadas en los espectros de los átomos excitados como transiciones entre órbitas.
Si estudias más física, aprenderás sobre la mecánica cuántica y los axiomas y postulados que forman las ecuaciones cuyas soluciones dan números exactos para lo que fue la primera estimación de un modelo del átomo.
La mecánica cuántica se acepta como el nivel subyacente de todas las fuerzas físicas a nivel microscópico y, a veces, la mecánica cuántica se puede ver macroscópicamente, como con la superconductividad, por ejemplo. Las fuerzas macroscópicas, como las debidas a los campos eléctricos y magnéticos clásicos, son casos límite de las fuerzas reales que reinan microscópicamente.
No puedo ver cómo un electrón cargado negativamente puede permanecer en “órbita” alrededor de un núcleo cargado positivamente. Incluso si el electrón realmente orbita alrededor del núcleo, ¿no se desintegraría eventualmente esa órbita?
Sí. Lo que has dado es una prueba de que el modelo clásico planetario del átomo falla.
No puedo reconciliar los electrones que se mueven rápidamente requeridos por el modelo planetario con la forma en que se describe que los átomos forman enlaces. Si los electrones se desplazan en órbitas, ¿cómo se “detienen” repentinamente para formar enlaces?
Derecha. Hay objeciones aún más simples de este tipo. Por ejemplo, el modelo planetario del hidrógeno estaría confinado a un plano, pero sabemos que los átomos de hidrógeno no son planos.
Mi pregunta aquí es si el modelo planetario en sí aborda estas preocupaciones de alguna manera (que me estoy perdiendo)[…]
No, el modelo planetario es simplemente incorrecto. El modelo de Bohr, que fue uno de los primeros intentos de remendar el modelo planetario, también es incorrecto (p. ej., predice un átomo de hidrógeno plano con un momento angular distinto de cero en su estado fundamental).
La resolución de la mecánica cuántica de este problema se puede abordar en una variedad de niveles de sofisticación matemática y física. Para una discusión sofisticada, consulte esta pregunta de desbordamiento matemático y las respuestas y referencias que contiene: https://mathoverflow.net/questions/119495/mathematical-proof-of-the-stability-of-atoms
En el nivel más simple, la resolución funciona así. Tenemos que abandonar por completo la idea de que las partículas subatómicas tienen trayectorias bien definidas en el espacio. Tenemos la relación de de Broglie $|p|=h/lambda$, donde $p$ es el momento de un electrón, $h$ es la constante de Planck y $lambda$ es la longitud de onda del electrón. Limitémonos a una dimensión. Supongamos que un electrón está confinado a una región del espacio con un ancho $L$ y hay paredes impenetrables en ambos lados, por lo que el electrón tiene cero probabilidad de estar fuera de esta “caja” unidimensional. Esta caja es un modelo simplificado de un átomo. El electrón es una onda, y cuando está confinado a un espacio como este, es una onda estacionaria. El patrón de onda estacionaria con la longitud de onda más larga posible tiene $lambda=2L$, que corresponde a una superposición de dos ondas viajeras con momentos $p=pm h/2L$. Esta longitud de onda máxima impone un mínimo en $|p|$, que corresponde a una energía cinética mínima.
Aunque este modelo es erróneo en los detalles (y, de hecho, concuerda con la descripción real del átomo de hidrógeno aún peor que el modelo de Bohr), tiene los ingredientes correctos para explicar por qué los átomos no colapsan. A diferencia del modelo de Bohr, tiene los ingredientes conceptuales correctos que permiten generalizarlo, expandirlo y hacerlo más riguroso, lo que lleva a una descripción matemática completa del átomo. A diferencia del modelo de Bohr, deja en claro lo que está sucediendo fundamentalmente: cuando confinamos una partícula a un espacio pequeño, obtenemos un límite inferior en su energía y, por lo tanto, una vez que está en el patrón de onda estacionaria con esa energía, puede… colapsar; ya está en el estado de menor energía posible.
El tratamiento de los electrones como ondas se ha combinado con los armónicos esféricos (imagen de abajo) para formar la base de una comprensión moderna de cómo “orbitan” los electrones.
Los ajustes a las ecuaciones diferenciales armónicas esféricas producen la ecuación de Schrödinger, que produce los modelos aceptados de estructuras orbitales de electrones:
El único elemento para el que se puede resolver exactamente la ecuación de Schrödinger (para el resto es necesaria una aproximación) es el Hidrógeno:
Estos modelos predicen esencialmente una probabilidad cero de que un electrón ingrese al núcleo para la mayoría de los orbitales. En los orbitales donde hay algún tiempo que un electrón pasa tiempo en el núcleo, se cree que es energéticamente desfavorable para que el electrón se una al protón. Si los electrones fueran simplemente cargas puntuales, esto no sería posible, pero la naturaleza ondulatoria de los electrones crea fenómenos como el principio de exclusión de Pauli que predicen lo contrario.
Si te sientes estimulado, puedes dejar un enunciado acerca de qué le añadirías a este escrito.