Modelos atômicos: Sommerfeld.

Dois anos após a excelente contribuição de Bohr para a compreensão humana da natureza microscópica da matéria veio uma nova ideia proposta por Sommerfeld. Você pode até se perguntar: mas o modelo de Bohr era tão bom, o que mais outro poderia acrescentar? Então, este é o ponto, diante de novas evidências, novas ideias não necessárias para explicá-las.

Arnold Sommerfeld

E as evidências vieram da mesma fonte de onde Bohr "bebeu" para elaborar seu modelo. Das linhas espectrais obtidas ao estudar as diferentes substâncias. A evolução tecnológica costuma acompanhar a evolução do conhecimento científico, jamais vem antes dele. Por exemplo, é impensável a invenção da televisão antes de Faraday, Ampére, Maxwell e cia estabelecerem as leis do magnetismo.

De posse dessa ideia, note que o aprimoramento dos equipamentos usados nos experimentos levou à identificação de novas linhas espectrais (link) escondidas onde antes só existia uma. Algo como a imagem abaixo, posteriormente chamada de estrutura fina.

Estrutura fina de um espectro descontínuo.

E como podia Bohr e seus postulados estarem corretos e ainda existirem linhas escondidas dentro de uma linha? Em 1915, Sommerfeld teve uma bela sacada, as camadas teriam subdivisões, chamadas subníveis. Já disse que físicos e químicos têm grane imaginação para interpretar a natureza, mas nenhuma para nomes? Pois é, este é mais um caso. Com as subdivisões, os postulados de Bohr não são "feridos", cada elétron sofre uma transição correspondente a exatamente a diferença de energia entre os subníveis. Veja a imagem abaixo:

Diagrama de energia com as transições eletrônicas entre diferentes subníveis das camadas K, L M e N.

Sem querer entrar em muitos detalhes, Sommerfeld identificou quatro tipos de transições eletrônicas, elas não estão diretamente relacionas às cores acima, mas receberam nomes de acordo com o padrão apresentado. São elas:

SHARP, PRINCIPAL, DIFFUSE e FINE (ou FUNDAMENTAL).

Sommerfeld teve a esperteza de atribuir cada grupo a um tipo específico de subnível, por isto eles hoje são chamados de "s", "p", "d" e "f". Justamente as iniciais dos nomes atribuídos inicialmente. E quanto às formas dessas órbitas? Veja:

Proposta de Sommerfeld para explicar a estrutura fina das linhas espectrais.

Sommerfeld parece ter se inspirado em Keppler (link) para elaborar seu modelo. Até colocou o núcleo em um dos focos das elipses propostas para descrever a trajetória dos elétrons dentro das camadas. Mas não foi consistente com a realidade, infelizmente. Teria sido uma contribuição excelente.

Isto, porém, não significa que devemos ignorar todas as ideias dele. Pois acertou em propor subdivisões para as camadas eletrônicas e que as linhas espectrais da estrutura fina seriam consequência de transições entre estas subdivisões. Por questões matemáticas um tanto complicadas para se mostrar aqui, Sommerfeld atribuiu números aos subníveis, representados por "l" (letra ele minúscula) de modo que eles sejam inteiros menores que o número da camada à qual pertencem. Exemplos:

A camada K (n = 1) tem apenas um subnível s (l = 0).

A camada L (n = 2) tem dois subníveis: s (l = 0) e p (l = 1).

A camada M (n = 3) tem três subníveis: s (l = 0), p (l = 1) e d (l = 2).

A camada N (n = 4) tem quatro subníveis: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2) e f (n = 3).

A partir da quinta camada só encontramos evidências de quatro subníveis, mas teoricamente podemos trabalhar com eles de modo que são chamados de "g", "h", "i", "j" e assim por diante. Com isto, ficou a ideia de chamar de "principal" o número atribuído à camada e de secundário (ou azimutal) o número atribuído ao subnível.

Esta postagem ajudou? Comenta aí se tiveres alguma dúvida. Talvez queira ver o próximo modelo atômico (link). Até a próxima.