Por que o modelo de Thomson não pode explicar o espectro de emissão de radiação do Hidrogênio (as linhas espectrais)?
Passo 1
O enunciado pergunta por que o modelo atômico de Thomson (plum pudding) não consegue explicar o espectro de emissão do átomo de hidrogênio, ou seja, as linhas espectrais discretas. O conteúdo envolve física atômica clássica, comportamento de cargas aceleradas e noções de quantização de energia.
Passo 2
No modelo de Thomson o átomo é uma “sopa” de carga positiva onde os elétrons estão imersos. Se um elétron é deslocado do centro, ele sente uma força restauradora proporcional ao deslocamento, como em um oscilador harmônico simples, e oscila em torno do ponto de equilíbrio.
Passo 3
Pela eletrodinâmica clássica, uma carga acelerada irradia energia eletromagnética. No caso do elétron oscilando, a frequência de oscilação é
onde
decorre da densidade positiva uniforme e
é a massa do elétron. Isso leva a dois problemas:
- Toda vez que o elétron oscila, ele deve irradiar nessa frequência. Logo, o espectro previsto seria uma única linha (ou um conjunto muito restrito de harmônicas), não múltiplas séries de linhas.
- Como o elétron perde energia continuamente, ele espirala para o núcleo, fazendo o átomo colapsar, o que não ocorre na prática.
Passo 4
Experimentos mostram que o hidrogênio apresenta várias linhas em diferentes comprimentos de onda (séries de Lyman, Balmer etc.), indicando estados de energia bem definidos e transições entre eles. No modelo de Thomson não há nenhum mecanismo de quantização de energia ou de estados estacionários, então não há como obter linhas discretas.
Passo 5
Para explicar linhas espectrais discretas foi necessário o modelo de Bohr, que introduz níveis de energia quantizados onde o elétron não irradia, e transições entre esses níveis geram exatamente as linhas observadas.
Resposta
O modelo de Thomson é puramente clássico, prediz emissão contínua (ou no máximo uma única frequência de oscilação) e não possui níveis de energia quantizados nem estados estacionários, logo não consegue gerar o conjunto de linhas discretas do espectro do hidrogênio.