Física

Unidades atómicas

Publicado por Iván García Cubero

En física atómica, física de partículas o incluso en electromagnetismo es muy común el utilizar unas unidades diferentes a las conocidas por todos del Sistema Internacional (SI). Estas unidades se conocen como unidades atómicas (au) y el motivo de utilizarlas es que simplifican muchísimo los cálculos. Vamos a ver cuáles son estas unidades y en qué varían con respecto a las unidades estándar del SI.

La simplificación que se realiza es considerar las seis unidades siguientes como iguales a la unidad.

Longitud
La longitud básica que se utiliza en física atómica para medir la separación entre un núcleo y los electrones que le orbitan es el radio de Bohr (a0). La definición del radio de Bohr surge de considerar un modelo de electrones girando alrededor de un núcleo de forma cuantizada, es decir, girando a una cierta distancia dependiendo de la energía que tenga. El valor del radio de Bohr se define como la distancia a la que orbita un electrón en la órbita de menor energía de un átomo de hidrógeno, y vale, en unidades del SI de 5,3·10-11 metros; o lo que es lo mismo, 0,53 Å. En unidades atómicas tiene valor 1.

Masa
La siguiente magnitud es la masa, más concretamente la masa del electrón (me). En unidades del SI ésta tiene un valor de 9,1·10-31 kilogramos, pero en unidades atómicas se hace también igual a 1.

Carga eléctrica
La carga eléctrica (e) también la hacemos valor uno en unidades atómicas, en concreto la carga del electrón. En cambio, en unidades del Sistema Internacional vale 1,6·10-19 Culombios.

Momento angular
Esta magnitud sea quizá la más extraña a simple vista ya que lo que se iguala a la unidad en este caso es la constante de Planck reducida, ћ.Se dice reducida y se denota por una hache con una barra, de ahí que se la llame hache barra, y no es más que la constante de Planck dividida por 2π. Su valor en unidades del SI es de 1,05·10-34 J·s.

Energía
En física atómica se utiliza la energía de Hartree en lugar de la energía convencional. Ésta se define mediante la siguiente ecuación:

E_h = \frac{\hbar^2}{m_e a_0^2}

Como ya vimos, tanto la constante de Planck reducida, como la masa del electrón, como el radio de Bohr son iguales a la unidad, de modo que la Energía de Hartree también. En unidades del SI tiene un valor de 4.4·10−18 Julios.

Constante de fuerza electrostática
Esta constante recibe el nombre de constante de Coulomb y no es más que la constante K que aparece en la Ley de Coulomb. En unidades del SI tiene el valor de 9·109 C‐2·N·m2, mientras que aquí tiene también valor 1.

Así pues, ya tenemos las seis magnitudes que se hace igual a la unidad cuando se trabaja en unidades atómicas: longitud, masa, carga, momento angular, energía y constante de fuerza electrostática. Como comentario añadido, se puede ver que con considerar cuatro de las seis iguales a la unidad, las otras dos salen de forma automática.

Si se usa este sistema de unidades se debe de tener siempre un especial cuidado a la hora de convertir las expresiones a unidades del Sistema Internacional porque no es difícil cometer un error.

Categorías: Física atómica y molecular