Modello atomico di Bohr: spiegazione e postulati

Niels Bohr (Danimarca, 1885-1962), fisico danese, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1922, ed eccezionale come uno dei più importanti scienziati nella storia della fisica contemporanea, ha presentato un modello atomico attraverso il quale ha proposto che l’atomo si è un piccolo nucleo positivo circondato da elettroni in gusci circolari attorno al nucleo.

Il modello atomico di Bohr fu introdotto nel 1913, come risultato finale di un importante lavoro svolto da vari scienziati tra la fine del XIX e l’inizio del XX secolo.

Quei gruppi di ricercatori che lavoravano in isolamento, cercavano obiettivi diversi, ma è il genio di Niel Bohr che riesce ad adottare e disporre di un gran numero di conoscenze e conclusioni di ricerca per formulare la prima ipotesi concreta sulla struttura della materia.

Così, con l’aiuto della teoria quantistica di Planck, degli spettri di luce degli elementi e della teoria nucleare di Rutherford, Niels Bohr riuscì a stabilire un nuovo modello atomico in cui gli elettroni descrivevano i cerchi attorno al nucleo. Le orbite, o chiamate anche livelli di energia, sono di diversa energia.

Caratteristiche del modello atomico di Bohr

Il modello atomico di Bohr ha alcune caratteristiche che sono state decisive per lo sviluppo di un modello atomico più completo, tra cui:

Sono sottoscritti sulla base di altre teorie e modelli dell’epoca, in quanto fu il primo ad includere la teoria quantistica, supportata a sua volta sul modello atomico creato da Rutherford, nonché sulle idee prese da Albert Einstein sulla fotoelettrica effetto. Un fatto curioso è che Bohr ed Einstein erano amici.

Un’altra caratteristica di rilevanza è l’evidenza sperimentale ottenuta dai fisici tedeschi James Franck e Gustav Hertz, e che Bohr ha incorporato nella sua teoria, con la quale viene spiegato che gli atomi emettono o assorbono radiazioni solo quando gli elettroni si muovono tra le orbite.

Gli elettroni hanno livelli di energia, cioè gli elettroni che ruotano attorno al nucleo e hanno diversi livelli di energia, sono descritti in valori numerici discreti, che riflettono le loro caratteristiche, noti anche come numeri quantici.

Il valore energetico di ciascuno di questi livelli è dato secondo un certo numero, detto anche numero quantico principale, che può essere calcolato mediante specifiche equazioni.

Secondo il modello atomico di Bohr, se non c’è energia, l’elettrone non si sposta da un livello all’altro.

Il quantum è l’energia che un elettrone richiede per passare da un livello, come determinato da Bohr, e anche chiamato il livello più basso di energia occupato da un elettrone come “stato fondamentale”, e l’elettrone più instabile come “stato eccitato”, cioè ,, cosa succede quando un elettrone entra in un’orbita di energia superiore.

Un’altra caratteristica del modello atomico di Bohr è il numero di elettroni in ciascun guscio, che vengono calcolati con 2n2.

Il modello atomico di Bohr postula

Il modello atomico di Bohr propone che gli elettroni si muovano attorno al nucleo caricato positivamente, come un piccolo sistema planetario, quindi il modello planetario di Bohr può essere riassunto in tre postulati.

Ma il modello atomico di Bohr contraddice uno dei postulati della fisica classica, perché, secondo la proposta di Bohr, un elettrone il cui percorso è circolare dovrebbe “perdere continuamente energia per emissione di radiazione elettromagnetica”, e se perde energia, dovrebbe continuare in un forma a spirale fino a raggiungere il nucleo.

Da questa discrepanza, Bohr ha dedotto che le leggi della fisica classica non corrispondevano alla descrizione di ciò che aveva osservato negli atomi riguardo alla stabilità e ha prodotto i tre postulati del suo modello.

Primo postulato: gli elettroni si muovono a una certa distanza dal nucleo

Per Niels Bohr, il movimento circolare dell’elettrone era dovuto al suo raggio di rotazione specifico, così che al centro di due gusci non era possibile l’esistenza degli elettroni.

Gli elettroni hanno un movimento costante, il che significa che non rilasciano energia nello stato stazionario; ma, quando viene applicata una certa energia esterna, cioè viene stimolata, allora vanno a un altro livello di energia più alto, e questo sarebbe lo stato più instabile dell’elettrone.

Secondo postulato: gli elettroni seguono un percorso circolare

Essendo in uno stato stazionario, gli elettroni si muovono in strati o livelli di energia; ciascuno dei livelli di energia è identificato da una lettera, in modo che il livello più basso sia identificato con la lettera K, seguita da L, poi M, poi N, ecc. Gli strati sono sovrapposti attorno al nucleo.

In questo modo, gli strati vicini al nucleo hanno meno energia; In ogni guscio può esserci più di un elettrone, in modo che un guscio d’ora in poi possa avere due elettroni e aumentare man mano che si allontanano dal nucleo.

Terzo postulato: gli elettroni emettono luce quando cambiano livello

Quando gli elementi vengono riscaldati irradiano colori, noti anche come strisce elettromagnetiche; fenomeno che Bohr ha spiegato come:

La differenza energetica che viene rilasciata quando un elettrone salta da un livello di energia elevato a un livello di energia inferiore viene generata sotto forma di radiazione elettromagnetica o luce. In modo tale che l’energia sia correlata alla frequenza o al colore della luce f dalla relazione di Max Planck h: Energia = hf.

Da dove viene il modello atomico di Bohr?

Niels Bohr arrivò in Inghilterra nel 1912 e iniziò a lavorare nel laboratorio di Ernest Rutherford per scoprire la stabilità della struttura del nucleo dell’atomo.

Per Bohr, il modello atomico di Rutherford con elettroni che ruotano attorno a un nucleo, come il sistema solare, presentava una difficoltà: un elettrone che ruota attorno al nucleo deve rilasciare radiazione elettromagnetica, che causa una perdita di energia e genererebbe che l’elettrone andasse verso il nucleo, producendo il paralisi dell’atomo.

La proposta di Bohr su questo aspetto è che gli elettroni, ruotando in tondo, fossero ad una certa distanza dal nucleo. Ogni orbita o cerchio aveva una quantità definita di energia, in modo che il salto di un elettrone su un’altra orbita di minore energia, avrebbe causato radiazioni elettromagnetiche.