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Modelos Atómicos de Bohr

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Modelos Atómicos de Bohr
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Modelos Atómicos de Bohr

Niels Bohr era un físico danés que, tras completar su doctorado, comenzó a trabajar en el equipo de Rutherford en Cavendish Laboratories en Cambridge.

En 1911 se celebró el primer Congreso de científicos de Solvay, que se hizo famoso porque en él participaron casi todos los que en el siglo XX dejaron su huella en el cambio trascendental que supuso para la ciencia el descubrimiento de los átomos.

Entre estos genios de la física estaba Ernest Rutherford, quien, cuando regresó a Cambridge, a su Laboratorio Cavendish, habló con tanto entusiasmo sobre la nueva teoría de los cuantos que sus argumentos impresionaron profundamente a su joven asistente, Niels Bohr.

Niels Bohr se puso a trabajar, para incluir la teoría de los cuantos en el modelo atómico de su maestro Rutherford.

Niels Bohr sabía que las principales objeciones al modelo atómico de Rutherford eran que, según las leyes electromagnéticas de Maxwell, los electrones irradiarían su energía en forma de ondas electromagnéticas y, por lo tanto, describirían órbitas en espiral que los acercarían al núcleo hasta que lo golpearan. Por lo tanto, no había esperanza de que los átomos de Rutherford permanecieran estables o produjeran las líneas espectrales agudas observadas en los espectroscopios.

Tomando como punto de partida el modelo de Rutherford, Niels Bohr intentó incorporar en él la teoría de los “cuantos de energía” desarrollada por Max Planck y el efecto fotoeléctrico observado por Albert Einstein.

En 1913, Bohr postuló la idea de que el átomo es un pequeño sistema solar con un pequeño núcleo en el centro y una nube de electrones girando alrededor del núcleo. Hasta ahora, todo es como en el modelo Rutherford.

Lo original de la teoría de Bohr es que dice:

a) que los electrones sólo pueden estar en órbitas fijas muy determinadas, negando todas las demás.
b) que en cada una de estas órbitas, los electrones tienen una cierta energía asociada a ellas, que es mayor en las órbitas exteriores.
c) que los electrones no irradian energía cuando giran alrededor del núcleo.
d) que el átomo emite o absorbe energía sólo cuando un electrón salta de una órbita a otra.
e) que estos saltos de órbita ocurren espontáneamente.
f) que en el salto de una órbita a otra, el electrón no pasa por ninguna órbita intermedia.

Modelos Atómicos de Bohr

La característica esencial del modelo de Bohr es que, según él, los electrones se localizan alrededor del núcleo sólo a ciertas distancias bien determinadas. El por qué de este arreglo se estableció más tarde, cuando el desarrollo de la mecánica cuántica alcanzó su plena madurez.

El modelo de Bohr es muy simple y se parece al modelo planetario de Copérnico, los planetas que describen órbitas circulares alrededor del Sol.

El electrón de un átomo también describe órbitas circulares, pero los radios de estas órbitas no pueden tener ningún valor, sino valores fijos.

Cuando un electrón salta de una órbita a otra, lo hace sin pasar por órbitas intermedias. Esta es una afirmación que rompe las ideas normales que tenemos, porque no podemos visualizar exactamente cómo sucede esto.

Debemos admirar humildemente la hermosa armonía de la estructura de este mundo, hasta donde podemos entenderla. Eso es todo.

Consideremos un átomo con un solo electrón, en el que hay:

a) un núcleo de carga eléctrica Z suficientemente pesado para ser considerado inmóvil.

b) un electrón que describe una órbita circular de radio r.

En el modelo de Bohr, se estipula que cuanto mayor es el radio r, mayor es la energía del electrón.

Por lo tanto, cuando el electrón salta a una órbita de radio más pequeño, se pierde energía. Esa energía perdida es lo que el átomo emite al exterior en forma de un cuanto de luz. En otras palabras, en forma de fotón.

En resumen: los electrones no irradiarían energía (luz) si permanecieran en órbitas estables.

Pero si saltan de una órbita de menor energía a una órbita de mayor energía, el electrón absorbe un quantum de energía (una cantidad igual a la diferencia de energía asociada con las órbitas en cuestión).

Si el electrón pasa de una órbita de mayor energía a una de más órbitas internas, pierde energía y la energía perdida es expulsada en forma de radiación (luz): el electrón emite un cuanto de energía, un fotón.

Niels Bohr dedujo que la frecuencia de la luz emitida por un átomo está relacionada con el cambio de energía del electrón, siguiendo la regla cuántica de Planck “cambio de energía/frecuencia = constante de Planck”.

Modelo Atómico de Bohr Hidrógeno

Un átomo tiene una dimensión del orden de 10-9 m. Está compuesto de un núcleo relativamente pesado (cuyas dimensiones son del orden de 10-14 m) alrededor del cual se mueven los electrones, cada uno de los cuales se carga -e (1,6 10-19 C), y me pesa (9,1-10-31 kg).

El núcleo está compuesto de protones y neutrones. El número Z de protones coincide con el número de electrones de un átomo neutro. La masa de un protón o neutrón es aproximadamente 1850 veces mayor que la de un electrón. En consecuencia, la masa de un átomo es prácticamente igual a la del núcleo.

Sin embargo, los electrones de un átomo son responsables de la mayoría de las propiedades atómicas que se reflejan en las propiedades macroscópicas de la materia.

Se explica el movimiento de los electrones alrededor del núcleo, considerando sólo las interacciones entre el núcleo y los electrones (la interacción gravitacional es completamente insignificante).

Modelo Atómico de Bohr Carbono

La estructura electrónica de un átomo describe las energías y la disposición de los electrones alrededor del átomo. Mucho de lo que se sabe sobre la estructura electrónica de los átomos se encontró observando la interacción de la radiación electromagnética con la materia.

Sabemos que el espectro de un elemento químico es característico de éste y que del análisis espectroscópico de una muestra se puede deducir su composición.

El origen de los espectros era desconocido hasta que la teoría atómica asoció la emisión de radiación por los átomos con el comportamiento de los electrones, específicamente con la distancia a la que se encuentran desde el núcleo.

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