¿Cómo explicó Neil Bohr la estabilidad del átomo?

El modelo de Bohr del átomo fue explicado por Neil Bohr en 1915. Surgió con la modificación del modelo del átomo de Rutherford. El modelo de Rutherford introduce el modelo nuclear del átomo, en el que explicó que un núcleo (cargado positivamente) está rodeado de electrones cargados negativamente. Bohr modificó su modelo de estructura atómica explicando que los electrones se mueven en orbitales fijos (capas) y no en ningún punto intermedio y también explicó que cada órbita (capa) tiene niveles de energía fijos. Rutherford básicamente explicó el núcleo de un átomo y Bohr modificó ese modelo en electrones y nivel de energía. El modelo de Bohr consiste en un pequeño núcleo (cargado positivamente) rodeado de electrones negativos que se mueven alrededor del núcleo en órbitas. Bohr encontró que el electrón ubicado lejos del núcleo tiene más energía,

Neil Bohr propuso la estabilidad de los átomos a través del concepto de la revolución de los electrones en diferentes niveles de energía. El cambio de energía de un electrón ocurre cuando salta de un nivel de energía más bajo a un nivel de energía más alto o viceversa.

Postulados de Bohr Modelo de un átomo

• En un átomo, los electrones (cargados negativamente) giran alrededor de un núcleo cargado positivamente en una trayectoria circular definida llamada órbitas o capas.
• Cada órbita o capa tiene energía fija y estas órbitas circulares se conocen como capas orbitales.
• Los niveles de energía están representados por un número entero (n = 1, 2, 3…) conocido como número cuántico. Este rango de números cuánticos comienza desde el lado del núcleo con n=1 que tiene el nivel de energía más bajo. Las órbitas n=1, 2, 3, 4… asignadas como K, L, M, N…. capas y cuando el electrón alcanza el nivel de energía más bajo, se dice que está en el estado fundamental.
• El electrón en un átomo se mueve de un nivel de energía más bajo a un nivel de energía más alto al ganar la energía requerida y el electrón se mueve de un nivel de energía más alto a un nivel de energía más bajo al perder energía.

Modelos atómicos

Se propusieron varios modelos atómicos para mostrar los arreglos y la distribución de partículas [electrones, protones y neutrones] dentro de un átomo.

1. Modelo atómico de Thomson: El primer modelo simple del átomo fue propuesto por JJ Thomson. Según Thomson, un átomo es una esfera uniforme cargada positivamente de radio 10 ^-8 cm en la que los electrones están incrustados de tal manera que la carga negativa es igual a la carga positiva. Este modelo también se llama modelo de pudín de ciruelas y modelo de sandía.
2. Modelo atómico de Rutherford ( 1912 ): este modelo se basó en un experimento de dispersión de partículas ∝. Los experimentos de dispersión de partículas ∝ realizados por Rutherfords están relacionados con el descubrimiento del núcleo.
3. Modelo atómico de Neils Bohr ( 1913 ): Neils Bohrs propuso este modelo atómico que se basa en la teoría cuántica de la radiación de Planck.

La teoría cuántica de Planck

Esta teoría fue propuesta por Max Planck. Los principales postulados de esta teoría son los siguientes:

• La energía emitida o absorbida por los átomos y moléculas estará en forma de paquetes discretos de energía llamados cuantos.
• La energía de los cuantos (E) es proporcional a su frecuencia ( v ).

E ∝ v o  E=hv

donde h es la constante de Planck (6.626 × 10 ^-34 Js)

• La energía de los cuantos está cuantizada, por lo tanto, E= hv .

Modelo atómico de Bohr (1913)  

El electrón en un átomo gira alrededor del núcleo solo en ciertos caminos circulares seleccionados llamados órbitas, cada órbita tiene una cantidad definida de energía. electrón en las órbitas particulares no pierde ni gana energía. solo se permiten aquellas órbitas en las que el momento angular (mvr) del electrón es el múltiplo entero de h/2π (‘h’ es una constante de Planck, es decir, mvr=nh/2π donde n=1,2,3……… .)

la energía se emite cuando un electrón salta desde un nivel de energía más alto y la energía se absorbe cuando un electrón salta de un nivel de energía más bajo a niveles de energía más altos. la frecuencia de la radiación absorbida o emitida cuando se produce la transición entre dos niveles o estados de energía diferentes viene dada por v = ΔE/h = (E ₂ -E ₁ )/h

donde E ₁ y E ₂ son las energías de los estados de menor y mayor energía.

• La energía del electrón que reside en un nivel de energía particular (n) está dada por,

E _n = -21.8× 10 ^-12 ×Z ² /n ² ergio átomo ^-1 = -13.6 × z ² /n ² eV átomo ^-1

y 

mi norte = hc/λ _norte = -R _H (1/n _{2 2} ^-1 /n ₁ ¹ )Z ²

• Radio de la órbita n ( r _n ) = 0.53n ² /Z   Å.
• Velocidad del electrón en la órbita n = 2,18×10 ⁸ Z / n  cm/s.

Logros del modelo de átomo de Bohr

La teoría de Bohr ha explicado la estabilidad de un átomo: Según la teoría de Bohr, el electrón presente en un determinado nivel de energía no puede perder su propia energía, puede hacerlo cuando salta de un nivel de energía superior a un nivel de energía inferior. Así, en su estado estacionario, los electrones siguen girando en la misma órbita circular y no se acercan al núcleo como sospecha la teoría de la radiación. por lo tanto, explica la estabilidad de los átomos.

• La teoría de Bohr se ha utilizado para derivar las fórmulas de Balmer: según la teoría de Bohr, 

E _n =-R _H (1/n ² )  y   ΔE=E _F -E _i  

donde E _f es la energía asociada al estado final mientras que E _i es la energía del estado inicial. 

ΔE = (-R _H /n _f ² ) – (-R _H /n _i ² )    o   R _H (1/n _i ²  – 1/n _f ² ) 

Aquí n _f y n _i   representan las órbitas electrónicas final e inicial

ΔE =(21.8 × 10 ^-18 J ) (1/n _yo ²  – 1/n _f ² )

• La frecuencia (v) para la absorción y emisión del fotón se puede calcular de la siguiente manera:

v = ΔE/h = R _H /h × (1/n _yo ²  – 1/n _f ² ) 

   = 3.29 × 10 ¹⁵ (1/n _yo ² -1/n _f ² ) s ^-1                                                                                                                                                                

• La teoría de Bohr ha ayudado a calcular la energía de los electrones en el átomo de hidrógeno y una especie de electrones: en base a los postulados de la teoría de Bohr, es posible calcular la energía del electrón de hidrógeno y también las especies de un electrón (He ⁺ , Li ^{2 +} etc). La expresión matemática para la energía en la n-ésima órbita es, 

mi norte = -2π ₂ ^k 2 ^metro mi mi ⁴ z ² / _norte ² h ²

Limitaciones del modelo de átomo de Bohr

• El modelo de átomos de Bohr no logró explicar el efecto Zeeman (efecto del campo magnético en los espectros de los átomos).
• Tampoco logró explicar el efecto Stark (efecto del campo eléctrico en el espectro de los átomos).
• Desobedece el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
• No podía explicar los espectros obtenidos de átomos más grandes.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuáles son las características del modelo atómico de Bohr?

Responder:  

Las características sobresalientes del modelo atómico de Bohr son: Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas estables sin emisión de energía radiante. Se asigna una órbita o nivel de energía como capas K, L, M, N. Un electrón emite o absorbe energía cuando salta de una órbita o nivel de energía a otro.  

Pregunta 2: ¿El número máximo de líneas de emisión notadas cuando el electrón salta de la capa n-ésima al estado fundamental es?

Responder: 

El número máximo de líneas de emisión notadas cuando el electrón salta de la capa n-ésima al estado fundamental debido a todos los saltos posibles es n (n-1)/2.

Pregunta 3: ¿Los protones y los neutrones están unidos en un núcleo por?

Responder: 

Los protones y los neutrones están unidos en un núcleo por una fuerza de «interacción fuerte» de corto alcance.

Pregunta 4: ¿Los neutrones están presentes en todos los átomos excepto?

Responder: 

Los neutrones están presentes en todos los átomos excepto en el hidrógeno (H). El hidrógeno es el elemento más ligero. Existe como el isótopo estable deuterio y el isótopo inestable y radiactivo Tritio. El hidrógeno (H) es un gas incoloro, iNodero, insípido e inflamable.            

Pregunta 5: El átomo de un elemento contiene 2 electrones en su capa M. ¿Cuál es el elemento?

Responder: 

El átomo de un elemento contiene 2 electrones en su capa M. El elemento es Magnesio (Mg).

Pregunta 6: ¿Cómo calcular el número de electrones en un átomo?

Responder: 

El número de electrones es igual al número atómico de un átomo. por ejemplo, el número atómico de O es 8 y el número de electrones presentes en los átomos de oxígeno también es 8.