Niels Bohr (Dinamarca, 1885 – 1962) físico danés, ganador del Premio Nobel de Física en 1922, y destacado como uno de los científicos más relevantes de la historia de la física contemporánea, presentó un modelo atómico a través del cual propone que el átomo es un núcleo positivo pequeño que está rodeado de electrones en capas circulares alrededor del núcleo.
El modelo atómico de Bohr fue presentado en 1913, como resultado final de trabajos de gran importancia hechos por varios científicos entre finales del siglo XIX y principios del siglo XX.
Esos grupos de investigadores que trabajaban aisladamente, buscaban diferentes objetivos, pero es la genialidad de Niel Bohr la que logra adoptar y disponer un gran número de conocimientos y conclusiones de las investigaciones, para formular la primera hipótesis concreta sobre la estructura de la materia.
Es así como con ayuda de la teoría cuántica de Planck, los espectros de luz de los elementos, y la teoría nuclear de Rutherford, Niels Bohr logró establecer un nuevo modelo atómico donde los electrones describían círculos alrededor del núcleo. Las órbitas, o también llamados niveles de energía, son de energía diferente.
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Características del modelo atómico de Bohr
El modelo atómico de Bohr tiene unas características que fueron determinantes para el desarrollo de un modelo atómico más completo, entre las cuales están:
Se suscriben sobre la base de otras teorías y modelos de la época, pues fue el primero en incluir la teoría cuántica, apoyada a su vez en el modelo atómico creado por Rutherford, así como en las ideas que tomó de Albert Einstein sobre el efecto fotoeléctrico. Un hecho curioso es que Bohr y Einstein eran amigos.
Otra característica de relevancia es la evidencia experimental obtenida por los físicos alemanes James Franck y Gustav Hertz, y que Bohr incorporó a su teoría, mediante la cual se explica que los átomos emiten o absorben radiación solo cuando los electrones se trasladan entre las órbitas.
Los electrones tienen niveles de energía, es decir, los electrones que giran alrededor del núcleo y tienen diferentes niveles de energía, se describen en valores numéricos discretos, que reflejan sus características, también conocidos como números cuánticos.
El valor de la energía de cada uno de estos niveles está dado según un determinado número, también denominado número cuántico principal y que se puede calcular mediante unas ecuaciones específicas.
Según el modelo atómico de Bohr, si no hay energía, el electrón no se mueve de un nivel a otro.
Quantum es la energía que requiere un electrón para pasar de un nivel, según lo determinó Bohr, y denominó también como “estado fundamental” al nivel más bajo de energía ocupado por un electrón, y “estado excitado” al electrón más inestable, es decir, lo que ocurre cuando un electrón pasa a una órbita de energía mayor.
Otra característica del modelo atómico de Bohr es el número de electrones en cada capa, los cuales se calculan con 2n2.
Postulados del modelo atómico de Bohr
El modelo atómico del Bohr propone que los electrones se desplazan alrededor del núcleo con carga positiva, como un pequeño sistema planetario, por lo tanto el modelo planetario de Bohr se puede resumir en tres postulados.
Pero, el modelo atómico de Bohr contradice uno de los postulados de la física clásica, pues, de acuerdo con la propuesta de Bohr, un electrón cuyo recorrido el circular, debería “perder energía continuamente por emisión de radiación electromagnética”, y si pierde energía, este debería seguir en forma de espiral hasta llegar al núcleo.
A partir de esa discrepancia, Bohr infirió que las leyes de la física clásica no se adecuaban a la descripción de lo que había observado en los átomos respecto a la estabilidad, y produjo los tres postulados de su modelo.
Primer postulado: Los electrones se mueven a una cierta distancia del núcleo
Para Niels Bohr, el movimiento en forma de círculo del electrón se debía a su radio específico de rotación, por lo que en medio de dos capas no era posible que existieran electrones.
Los electrones tienen un movimiento constante, lo que significa que no liberan energía en el estado estacionario; pero, al aplicársele cierta energía exterior, es decir, que se les estimula, entonces pasan a otro nivel de energía superior, y este sería el estado más inestable del electrón.
Segundo postulado: Los electrones siguen una trayectoria circular
Estando en estado estacionario, los electrones se desplazan en capas o niveles de energía; cada uno de los niveles de energía lo identifica una letra, de manera que el nivel más bajo es identificado con la letra K, seguido de L, luego M, después N, etc. Las capas están superpuestas alrededor del núcleo.
De esta forma, las capas que están cerca del núcleo tienen menos energía; en cada capa puede haber más de un electrón, de manera que una capa puede llegar a tener de dos electrones, en adelante, e ir aumentando en la medida en que se alejan del núcleo.
Tercer postulado: Los electrones emiten luz cuando cambian de nivel
Cuando los elementos se calientan irradian colores, también conocidos como franjas electromagnéticas; fenómeno que Bohr explicó como:
La diferencia energética que se libera cuando un electrón salta de un nivel alto de energía a un nivel de menor energía, lo genera en forma de radiación electromagnética o luz. De tal manera que la energía está relacionada con la frecuencia o color de la luz f por la relación de Max Planck h: Energia=hf.
¿De dónde surgió el modelo atómico de Bohr?
Niels Bohr llegó en 1912 a Inglaterra y comenzó a trabajar en el laboratorio de Ernest Rutherford para descubrir la estabilidad de la estructura del núcleo del átomo.
Para Bohr, el modelo atómico de Rutherford con electrones que giran alrededor de un núcleo, igual que el sistema solar, presentaba una dificultad: un electrón que da vueltas en torno al núcleo debe liberar una radiación electromagnética, lo que produce pérdida de energía y generaría que el electrón se fuera hacia el núcleo, produciendo la paralización del átomo.
La propuesta de Bohr sobre este aspecto es que los electrones, girando en círculos, estaban alejados a una distancia determinada del núcleo. Cada órbita o círculo tenía una cantidad de energía definida, de manera que el salto de un electrón a otra órbita de menos energía, provocaría una radiación electromagnética.