A principios del siglo XX, el físico danés Niels Bohr hizo muchas contribuciones a la teoría atómica y la física cuántica. Entre ellos se encuentra su modelo del átomo, que era una versión mejorada del modelo atómico anterior de Ernest Rutherford. Esto se conoce oficialmente como el modelo de Rutherford-Bohr, pero a menudo se llama modelo de Bohr para abreviar.
El modelo de Bohr del átomo
El modelo de Rutherford contenía un núcleo compacto con carga positiva rodeado por una nube difusa de electrones. Esto naturalmente llevó a un modelo planetario del átomo, con el núcleo actuando como el sol y los electrones como planetas en órbitas circulares como un sistema solar en miniatura.
Sin embargo, una falla clave de este modelo fue que los electrones (a diferencia de los planetas) tenían una carga eléctrica distinta de cero y, por lo tanto, irradiarían energía mientras orbitaban el núcleo. Esto los llevaría a caer hacia el centro, irradiando una "mancha" de energías a través del espectro electromagnético a medida que caen. Pero se sabía que los electrones tenían órbitas estables y sus energías radiadas se producían en cantidades discretas llamadas líneas espectrales.
El modelo de Bohr era una extensión del modelo de Rutherford y contenía tres postulados:
- Los electrones pueden moverse en determinadas órbitas estables discretas sin irradiar energía.
- Estas órbitas especiales tienen valores de momento angular que son múltiplos enteros de la constante reducida de Planck ħ (a veces llamada barra h).
- Los electrones solo pueden ganar o perder cantidades muy específicas de energía saltando de una órbita a otra en pasos discretos, absorbiendo o emitiendo radiación de una frecuencia específica.
Modelo de Bohr en mecánica cuántica
El modelo de Bohr proporciona una buena aproximación de primer orden de los niveles de energía para átomos simples como el átomo de hidrógeno.
El momento angular de un electrón debe ser
L = mvr = n \ hbar
dóndemetroes la masa del electrón,ves su velocidad,res el radio en el que orbita el núcleo y el número cuánticonortees un número entero distinto de cero. Dado que el valor más bajo denortees 1, esto da el valor más bajo posible del radio orbital. Esto se conoce como radio de Bohr y es de aproximadamente 0,0529 nanómetros. Un electrón no puede estar más cerca del núcleo que el radio de Bohr y aún estar en una órbita estable.
Cada valor denorteproporciona una energía definida en un radio definido conocido como capa de energía o nivel de energía. En estas órbitas, el electrón no irradia energía y, por tanto, no cae en el núcleo.
El modelo de Bohr es consistente con las observaciones que conducen a la teoría cuántica, como la fotoeléctrica de Einstein. efecto, ondas de materia y la existencia de fotones (aunque Bohr no creía en la existencia de fotones).
La fórmula de Rydberg se conocía empíricamente antes del modelo de Bohr, pero se ajusta a la descripción de Bohr de las energías asociadas con las transiciones o saltos entre estados excitados. La energía asociada con una determinada transición orbital es
E = R_E \ bigg (\ frac {1} {n_f ^ 2} - \ frac {1} {n_i ^ 2} \ bigg)
dóndeRmies la constante de Rydberg, ynorteFynorteIson losnortevalores de los orbitales final e inicial, respectivamente.
Deficiencias del modelo de Bohr
El modelo de Bohr da un valor incorrecto para el momento angular del estado fundamental (estado de menor energía); su modelo predice un valor de ħ cuando se sabe que el valor verdadero es cero. El modelo tampoco es eficaz para predecir los niveles de energía de átomos más grandes o átomos con más de un electrón. Es más preciso cuando se aplica a un átomo de hidrógeno.
El modelo viola el principio de incertidumbre de Heisenberg porque considera que los electrones tienen órbitas conocidas.yubicaciones. Según el principio de incertidumbre, estas dos cosas no pueden conocerse simultáneamente sobre una partícula cuántica.
También hay efectos cuánticos que no son explicados por el modelo, como el efecto Zeeman y la existencia de una estructura fina e hiperfina en las líneas espectrales.
Otros modelos de estructura atómica
Se crearon dos modelos atómicos principales antes que el de Bohr. En el modelo de Dalton, un átomo era simplemente una unidad fundamental de materia. No se consideraron los electrones. J.J. El modelo de pudín de ciruela de Thomson era una extensión del de Dalton, que representaba electrones incrustados en un sólido como pasas en un pudín.
El modelo de nube de electrones de Schrödinger fue posterior al de Bohr y representó a los electrones como nubes esféricas de probabilidad que se vuelven más densas cerca del núcleo.
