¿Cuál es la estabilidad de un átomo?

El punto de partida de Bohr fue darse cuenta de que la mecánica clásica por sí sola nunca podría explicar la estabilidad del átomo. Un átomo estable tiene un cierto tamaño, de modo que cualquier ecuación que lo describa debe contener alguna constante fundamental o combinación de constantes con una dimensión de longitud. Las constantes fundamentales clásicas, a saber, las cargas y las masas del electrón y el núcleo, no pueden combinarse para formar una longitud. Bohr notó, sin embargo, que la constante cuántica formulada por el físico alemán Max Planck tiene dimensiones que, cuando se combinan con la masa y la carga del electrón, producen una medida de longitud. Numéricamente, la medida está cerca del tamaño conocido de los átomos. Esto animó a Bohr a usar la constante de Planck en la búsqueda de una teoría del átomo.

Planck había introducido su constante en 1900 en una fórmula que explicaba la radiación de luz emitida por los cuerpos calientes. Según la teoría clásica, se deben producir cantidades comparables de energía luminosa en todas las frecuencias. Esto no solo es contrario a la observación, sino que también implica el resultado absurdo de que la energía total irradiada por un cuerpo calentado debe ser infinita. Planck postuló que la energía solo puede ser emitida o absorbida en cantidades discretas, lo que llamó quanta (la palabra latina para “cuánto”). La energía cuántica está relacionada con la frecuencia de la luz por una nueva constante fundamental, h. Cuando un cuerpo se calienta, su energía radiante en un rango de frecuencia particular es, según la teoría clásica, proporcional a la temperatura del cuerpo. Con la hipótesis de Planck, sin embargo, la radiación puede ocurrir solo en cantidades cuánticas de energía. Si la energía radiante es menor que la cantidad de energía, la cantidad de luz en ese rango de frecuencia se reducirá. La fórmula de Planck describe correctamente la radiación de los cuerpos calentados. La constante de Planck tiene las dimensiones de acción, que pueden expresarse como unidades de energía multiplicadas por el tiempo, unidades de momento multiplicadas por la longitud o unidades de momento angular. Por ejemplo, la constante de Planck se puede escribir como h = 6.6 × 10-34 joule segundos.

Usando la constante de Planck, Bohr obtuvo una fórmula precisa para los niveles de energía del átomo de hidrógeno. Postuló que el momento angular del electrón está cuantificado, es decir, que solo puede tener valores discretos. Supuso que, de lo contrario, los electrones obedecen las leyes de la mecánica clásica al viajar alrededor del núcleo en órbitas circulares. Debido a la cuantización, las órbitas de los electrones tienen tamaños y energías fijas. Las órbitas están marcadas por un número entero, el número cuántico n.

Es estable si no necesita reaccionar o involucrarse en enlaces químicos para ganar perder o compartir electrones para alcanzar una configuración electrónica estable y una estructura de valencia de doble o octeto que se asemeje a la de los gases nobles.