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El modelo Bohr: reemplazado rápidamente, pero nunca olvidado

El modelo Bohr: reemplazado rápidamente, pero nunca olvidado

El modelo del átomo de Bohr. Wikimedia Commons (CC BY 4.0)

Puede buscar en Internet una imagen de un átomo y encontrará una, incluso si nadie ha visto un átomo antes. Pero tenemos una estimación de la aparición de un solo átomo gracias al trabajo de un grupo de científicos tan diverso como el físico danés Niels Bohr.

Los átomos son los componentes básicos de la materia: un solo átomo de cada elemento es la entidad más elemental de la naturaleza que todavía sigue las reglas de la física que podemos observar en la vida cotidiana (las partículas subatómicas que forman los átomos tienen sus reglas especiales). sospechaba que los átomos existían mucho antes de que pudieran conceptualizar su estructura; incluso los antiguos griegos creían que la materia en el universo estaba formada por componentes tan pequeños que no podían dividirse en nada más pequeño. llame a estas unidades fundamentales. átomos, que significa “indiviso”. A finales del siglo XIX, se entendió que las sustancias químicas podían descomponerse en átomos, que eran muy pequeños, y que los átomos de diferentes elementos tenían pesos predecibles.

Pero luego, en 1897, el físico británico JJ Thomson descubrió los electrones, partículas cargadas negativamente dentro de los átomos que todos habían pasado la mayor parte de un siglo creyendo que eran completamente indivisibles, como cosas más pequeñas que existían. Thomson simplemente especuló que existían electrones, pero no pudo determinar exactamente cómo encajan los electrones en un átomo. Su mejor suposición fue el “modelo de pudín de ciruela”, que representaba el átomo como un pastel cargado positivamente salpicado de áreas cargadas negativamente extendidas como frutas en un postre antiguo.

“Los electrones resultaron ser eléctricos negativos, todos de la misma masa y muy pequeños en comparación con los átomos”, dice Dudley Herschbach, un químico de Harvard que compartió el Premio Nobel de Química en 1986 por sus “contribuciones a la dinámica de la química elemental” en un correo electrónico. “Ernest Rutherford descubrió el núcleo en 1911. Los núcleos eran eléctricos positivos, con masas variables, pero mucho más grandes que los electrones, pero de tamaño muy pequeño”.

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Un gran paso adelante

Niels Bohr era un estudiante de Rutherford que asumió el plan de su mentor para descifrar la estructura del átomo en 1912. Le tomó solo un año encontrar un modelo funcional de un átomo de hidrógeno.

Modelo de Bohr

Niels Henrik Bohr (1885-1962) fue un físico danés que desarrolló el modelo atómico y ganó el Premio Nobel de Física en 1922.

Foto 12 / Getty Images

“El modelo de Bohr de 1913 para el átomo de hidrógeno tenía órbitas electrónicas circulares alrededor del protón, como las órbitas de la Tierra alrededor del sol”, explica Herschbach. “Bohr usó un modelo simple y regular para el espectro del átomo de hidrógeno, que fue descubierto por Johann Balmer en 1885. También usó la idea de la idea cuántica, encontrada por Max Planck en 1900”.

En 1913, el modelo de Bohr representó un salto gigante porque incorporó las características de la mecánica cuántica recién nacida en la descripción de átomos y moléculas. Ese año publicó tres artículos sobre la constitución de átomos y moléculas: el primero y más famoso estaba dedicado al átomo de hidrógeno y los otros dos describían algunos elementos con más electrones, utilizando su modelo como marco. El modelo que propuso para el átomo de hidrógeno tenía electrones moviéndose alrededor del núcleo, pero solo en pistas especiales con diferentes niveles de energía. Bohr planteó la hipótesis de que la luz se emite cuando un electrón salta de una ruta de energía más alta a una ruta de energía más baja; esto es lo que hizo que el hidrógeno brillara en un tubo de vidrio. Tenía razón sobre el hidrógeno, pero su modelo era un poco problemático.

“El modelo no pudo predecir el valor correcto de las energías del estado fundamental de los átomos multielectrónicos y las energías de enlace de las moléculas, incluso para los sistemas más simples de 2 electrones, como el átomo d”. Helio o una molécula de hidrógeno “, dijo Anatoly Svidzinsky, profesor del Instituto Texas A&M de Ciencia e Ingeniería Cuántica, en una entrevista por correo electrónico”. Por lo tanto, ya en 1913 estaba claro que el modelo de Bohr no era del todo correcto. Incluso para el átomo de hidrógeno, el modelo de Bohr predice erróneamente que el estado fundamental del átomo tiene un momento angular orbital distinto de cero. “

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El premio Nobel de 1922

Lo cual, por supuesto, puede que no tenga mucho sentido para ti, si no eres un físico cuántico. Sin embargo, el modelo de Bohr se aceleró para recibir el Premio Nobel de Física en 1922. Pero, incluso cuando Bohr solidificó su reputación en el mundo de la física, los científicos mejoraron su modelo:

“El modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno fue refinado por Arnold Sommerfeld en 1916”, explica Herschbach. “Encontró órbitas elípticas que representaban líneas espectrales cercanas a las que provenían de órbitas circulares. El modelo de Bohr-Sommerfeld para el átomo de hidrógeno es fundamental, pero la cuántica y la relatividad se han convertido en aspectos importantes”.

Modelo de Sommerfeld

El modelo semiclásico de órbita de electrones de Sommerfeld, mejorado con respecto al modelo de Bohr en 1916.

Wikimedia Commons

Entre 1925 y 1928, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger y Paul Dirac desarrollaron estos aspectos mucho más allá del modelo atómico de Bohr, pero el suyo es, con mucho, el modelo atómico más conocido. Los modelos atómicos que nos ha proporcionado la física cuántica se parecen menos a un sol rodeado de planetas electrónicos que al arte moderno. Probablemente todavía estemos usando el modelo de Bohr porque es una buena introducción al concepto de átomo.

“En 1913, el modelo de Bohr demostró que la cuantificación es una buena forma de describir el micromundo”, dice Svidzinsky. “Así que el modelo de Bohr mostró a los científicos una dirección para la investigación y estimuló el desarrollo de la mecánica cuántica. Si conoce el camino, tarde o temprano encontrará la solución correcta al problema. Puede pensar en el modelo de Bohr. Como un. Direccional señales a lo largo de un sendero en el mundo cuántico “.

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