Modelo de Bohr de un átomo

Neil Bohr propuso el modelo de Bohr y se basó en la modificación del modelo atómico de Rutherford. El modelo de Rutherford introdujo un modelo nuclear de un átomo en el que se explicó que el núcleo que tiene carga positiva está rodeado por partículas con carga negativa llamadas electrones. Bohr lo modificó donde se explicó que los electrones se mueven en orbitales fijos y no en el medio. Continuó diciendo que cada capa tiene un nivel de energía específico. Como resultado, Rutherford explicó el núcleo de un átomo y Bohr lo transformó en electrones y sus niveles de energía.

Modelo de Rutherford de un átomo

Rutherford apuntó corrientes de partículas alfa de alta energía desde una fuente radiactiva hacia una fina lámina de oro en su experimento (100 nm de espesor). Para analizar la desviación generada por las partículas alfa, colocó una pantalla de sulfuro de zinc fluorescente alrededor de la fina lámina de oro. Las observaciones de Rutherford contradecían el modelo atómico de Thomson en algunos aspectos.

Observaciones del experimento de dispersión alfa de Rutherford:

1. Debido a que una gran parte de las partículas alfa disparadas contra la hoja de oro la atravesaron sin ser desviadas, la mayor parte del espacio en un átomo está vacío.
2. La lámina de oro desvió algunas de las partículas alfa en ángulos menores, lo que provocó que la carga positiva de cada átomo se distribuyera de manera desigual. La carga positiva en un átomo se concentra en una pequeña área del átomo.
3. Solo unas pocas partículas alfa se desviaron hacia atrás, lo que implica que solo unas pocas partículas alfa tenían ángulos de desviación de casi 180 grados. Como resultado, las partículas cargadas positivamente en un átomo ocupan un volumen muy pequeño en comparación con el volumen total del átomo.

Limitaciones del modelo de Rutherford: 

• Según Rutherford, los electrones orbitan alrededor del núcleo en trayectorias fijas denominadas órbitas. Según Maxwell, las partículas cargadas aceleradas emiten radiación electromagnética, por lo que un electrón que gira alrededor del núcleo debería hacer lo mismo. Esta radiación transmitiría energía del movimiento del electrón, pero a expensas de la contracción orbital. Los electrones eventualmente colapsarían en el núcleo. Según los cálculos, un electrón se desintegraría en el núcleo en menos de 10-8 segundos utilizando el modelo de Rutherford. Como resultado, el modelo de Rutherford contradecía la teoría de Maxwell y no podía explicar la estabilidad del átomo.
• Uno de los problemas del modelo de Rutherford era que ignoraba la disposición de los electrones en un átomo, dejando incompleta su teoría.
• A pesar de que los primeros modelos atómicos eran erróneos y no lograban explicar ciertos resultados experimentales, sirvieron como base para futuros avances en la mecánica cuántica.

Modelo de Bohr de un átomo

El modelo de Bohr consiste en un pequeño núcleo (cargado positivamente) rodeado de electrones negativos que se mueven alrededor del núcleo en órbitas donde descubrió que un electrón ubicado lejos del núcleo tiene más energía en comparación con los electrones cerca del núcleo.

El modelo de Bohr de un átomo se puede describir donde un átomo se compone de tres partículas subatómicas: protones, electrones, neutrones. El protón es una partícula cargada positivamente que es un constituyente fundamental de todos los núcleos atómicos. Es el más ligero y estable y tiene una carga que es igual en magnitud a la del electrón. Un electrón es una partícula que es un constituyente fundamental de la materia que existe independientemente o como componente fuera del núcleo de un átomo. Un neutrón es una partícula elemental que no tiene carga y que tiene una masa ligeramente superior a la de un protón. Los protones y los neutrones están alojados en un pequeño núcleo en el centro del átomo.

Los electrones giran rápidamente alrededor del núcleo en rutas circulares conocidas como niveles de energía o capas. El número de electrones que puede contener cada capa es limitado. La fórmula es, 2n ²   donde n es el número de órbita o índice de nivel de energía.

Cada nivel de energía está asociado con una cantidad fija de energía y no hay cambio en la energía de los electrones mientras sigan girando en el mismo nivel de energía y el átomo permanezca estable.

Postulados del modelo de átomo de Bohr

1. En un átomo, los electrones que están cargados negativamente giran alrededor del núcleo cargado positivamente en un camino circular llamado órbitas o capas.
2. Cada órbita o capa tiene energía fija y se llama capa orbital.
3. Los niveles de energía están representados por un número entero (n=1, 2, 3…). Estos números enteros también se denominan números cuánticos que comienzan desde el núcleo con n = 1 que tiene el nivel de energía más bajo. Se dice que un electrón está en el estado fundamental cuando alcanza el nivel de energía más bajo.
4. Cuando los electrones ganan energía, pasan de un nivel de menor energía a uno de mayor energía. Cuando pierden energía, pasan de un nivel de energía más alto a un nivel de energía más bajo.

Limitaciones del modelo atómico de Bohr

1. No pudo explicar el efecto Zeeman. En presencia de un campo magnético estático, el efecto Zeeman hace que una línea espectral se rompa en numerosos componentes. Es similar al efecto Stark.
2. Tampoco pudo explicar el efecto Stark. El efecto Stark es la división de una línea espectral en varios componentes en presencia de un campo eléctrico.
3. Violó el Principio de Incertidumbre de Heisenberg y no pudo explicar los espectros de los átomos más grandes. Este concepto afirma que la posición y la velocidad de un objeto no se pueden determinar con precisión al mismo tiempo. De hecho, en la naturaleza, los conceptos de posición absoluta y velocidad exacta no tienen relevancia.

Ejemplos de preguntas 

Pregunta 1: ¿Cuál fue la relación entre el modelo de Bohr y el modelo de Rutherford?

Solución:

El modelo de Bohr se formó mediante la modificación del modelo de Rutherford de un átomo que introdujo el modelo nuclear de un átomo en el que se explicó que el núcleo que tiene carga positiva está rodeado de electrones con carga negativa. Fue modificado por Bohr donde explicó que los electrones se mueven en orbitales fijos y no en ningún punto intermedio. También se explicó que cada capa tiene un nivel de energía fijo. 

Pregunta 2: ¿Cuál es el modelo de átomo de Bohr?

Solución:

El modelo de Bohr consiste en un pequeño núcleo (cargado positivamente) rodeado de electrones negativos que se mueven alrededor del núcleo en órbitas donde descubrió que un electrón ubicado lejos del núcleo tiene más energía en comparación con los electrones cerca del núcleo.

Pregunta 3: ¿Cómo se mueven los electrones en el modelo de Bohr? 

Solución:

Los electrones en los átomos viajan alrededor de un núcleo central en órbitas circulares y solo pueden orbitar de manera estable a un conjunto fijo de distancias del núcleo en órbitas circulares que están relacionadas con las energías.

Pregunta 4: ¿Cómo modificó Sommerfeld la teoría de Bohr? 

Solución:

El modelo de Sommerfeld sugirió que los electrones se mueven alrededor de un núcleo en órbitas elípticas en lugar de circulares. El modelo de Bohr-Sommerfeld era incoherente, lo que contribuía a muchas paradojas.

Pregunta 5: ¿Cuáles eran las limitaciones del modelo atómico de Rutherford? 

Solución:

Según Rutherford, los electrones orbitan alrededor del núcleo en trayectorias fijas denominadas órbitas. Según Maxwell, las partículas cargadas aceleradas emiten radiación electromagnética, por lo que un electrón que gira alrededor del núcleo debería hacer lo mismo. Esta radiación transmitiría energía del movimiento del electrón, pero a expensas de la contracción orbital. Los electrones eventualmente colapsarían en el núcleo. Según los cálculos, un electrón se desintegraría en el núcleo en menos de 10-8 segundos utilizando el modelo de Rutherford. Como resultado, el modelo de Rutherford contradecía la teoría de Maxwell y no podía explicar la estabilidad del átomo.

Uno de los problemas del modelo de Rutherford era que ignoraba la disposición de los electrones en un átomo, dejando incompleta su teoría.

A pesar de que los primeros modelos atómicos eran erróneos y no lograban explicar ciertos resultados experimentales, sirvieron como base para futuros avances en la mecánica cuántica.