Absorción y emisión de fotones en los átomos
Los átomos pueden absorber o emitir fotones cuando uno de sus electrones cambia de nivel de energía. Es un proceso simple de describir y, al mismo tiempo, una de las claves que explican el comportamiento cuántico de la materia.
Recordatorio esencial
En un átomo cuántico, los electrones, que tienen carga negativa, permanecen ligados al núcleo y ocupan niveles de energía bien definidos. Cada nivel corresponde a un orbital con una forma y una orientación características, lo que constituye una subcapa electrónica.
Los niveles más cercanos al núcleo poseen la energía más baja, mientras que los niveles más alejados corresponden a energías mayores.
A partir de esta idea, los procesos de absorción y emisión se vuelven más intuitivos.
Cómo absorbe un fotón un átomo
Cuando un átomo recibe radiación electromagnética, los fotones presentes pueden interactuar con sus electrones. Si la energía del fotón se transfiere al electrón, este la absorbe y aumenta su energía.
Si la energía absorbida es suficiente, el electrón pasa a un nivel más alto y se convierte en un electrón excitado (transición ascendente).
¿Qué significa que un electrón esté excitado? Que ha absorbido energía y ha saltado a un estado de mayor energía, conocido como estado excitado.
Este salto solo ocurre si la energía del fotón coincide con la diferencia entre los dos niveles. Si es superior a la energía de ionización, el electrón incluso puede abandonar el átomo.
¿Puede un electrón excitado escapar del átomo? Sí. Si recibe más energía que la necesaria para ionizar el átomo, el electrón se libera y el átomo queda convertido en un ion positivo.
Cómo emite un fotón un átomo
Un electrón excitado no permanece indefinidamente en ese estado. Con el tiempo pierde energía y desciende a un nivel inferior, impulsado por la atracción del núcleo (transición descendente).
Como el nivel inferior necesita menos energía, el electrón debe liberar el excedente. Esa energía sobrante sale en forma de fotón.
Una vez emitido el fotón, el electrón regresa a su estado fundamental.
Nota. En un átomo cuántico, los electrones solo pueden ocupar niveles discretos llamados estados estacionarios. No pueden moverse de forma continua hacia el núcleo, sino que deben realizar saltos entre niveles liberando cantidades de energía bien definidas. Este principio es uno de los cimientos de la mecánica cuántica y del modelo de Bohr.
La emisión de un fotón ocurre exactamente en la transición hacia un nivel más bajo.
Mientras un electrón permanece en un estado estacionario, no emite energía. La radiación solo aparece durante las transiciones descendentes entre niveles cuantizados.
