ESTRUCTURA ATÓMICA Y MAGNETISMO

 

 

 

 

Cuando se descubrió que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, se abrió el camino a la interpretación del magnetismo natural, puesto que, como es lógico, se pensó que éste también debía estar asociado al desplazamiento de cargas en el interior de los imanes. A partir de esta idea inicial, el modelo explicativo del magnetismo natural ha ido evolucionando conjuntamente con la evolución de las teorías sobre la Estructura interna de la materia.

 

Haremos aquí una interpretación simplificada con referencia al modelo actual mecano-cuántico del átomo. Dicho modelo atribuye a los electrones en el átomo propiedades magnéticas por dos motivos:

 
 

- En primer lugar, considera que los electrones en su movimiento dentro del átomo, aunque no se les puede atribuir una órbita definida, equivalen a una corriente eléctrica y, por tanto, producen un campo magnético. En 1896 Zeeman (1865-1943) y Lorentz (1853-1928) pusieron en evidencia este hecho cuando comprobaron que la acción de un campo magnético exterior produce en el átomo un desdoblamiento de las líneas espectrales  asociadas a cada tipo de orbital, s, p, d o f  (efecto Zeeman).

El tercer número cuántico, o número cuántico magnético, m, se introdujo para dar cuenta de este hecho y puede tomar un número impar de valores, correspondientes a las diferentes orientaciones que puede adoptar el campo magnético de cada tipo de orbital cuando se ejerce sobre el átomo un campo magnético externo. La figura adjunta recuerda los desdoblamientos del subnivel para l=2, u orbital de tipo d. En este caso, m, puede tomar cinco valores, desde -l hasta +l (-2, -1, 0, 1, 2), lo que implica que hay que considerar 5 orbitales de tipo, d, y otras tantas orientaciones del pequeño imán a que equivalen.

 

- Adicionalmente, el modelo cuántico del átomo considera al electrón en sí mismo como un objeto no puntual que produce campo magnético. Cada uno de los dos electrones que pueden conformar un orbital sólo puede tener una entre dos orientaciones magnéticas opuestas. Este efecto es más intenso que el anterior. 

 
 

Este hecho se puso en evidencia cuando se observó un segundo desdoblamiento de las líneas espectrales que produce un doblete (dos líneas) para cada orbital (efecto Zeeman anómalo). El estudio de estos dobletes indujo en 1925 a Uhlenbeck (1900-1988) y Goudsmit (1902-1978) a introducir el cuarto número cuántico, o espín, s, que puede tomar dos valores (+1/2 o -1/2).

 

Así pues, el electrón, en el átomo, se ha de considerar como un pequeñísimo imán. Para dar cuenta de esta cualidad se introdujo la magnitud momento magnético, un vector que, en presencia de un campo magnético externo se relaciona con el momento de fuerza tras la reorientación de ambos vectores (el momento magnético del electrón y el campo externo aplicado). Teniendo en cuenta lo expresado unas líneas más arriba, se considera un momento magnético orbital y un momento magnético de espín.

 

Poco después de conocerse el efecto magnético del electrón en el átomo, se puso de manifiesto que tenían un momento magnético no nulo otras partículas (por ejemplo el protón) y agrupaciones de ellas (por ejemplo, el núcleo atómico). Finalmente, se dio un paso más, concluyendo que el momento magnético de espín es una propiedad intrínseca o fundamental de las partículas, como lo es la masa o la carga eléctrica.


 
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Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci"