Modelo Atómico de Bohr
Presentado por: Sergio David González Ramírez
Grupo 9 Número 13
Cod: 214509
Universidad Nacional De Colombia
Facultad de Ingeniería
Física III
Bienvenido a esta presentación sobre
el modelo atómico de Bohr. En esta
presentación veras…
-Como se concebía el átomo antes de
Bohr
-Como surge al modelo atómico de
Bohr
-La justificación matemática
Como se concebía el átomo
antes de Bohr
La concepción del átomo, nace en la antigua Grecia,
donde se pensaba que no había nada mas pequeño
en la materia que un átomo (del a – sin, tomo –
división)
Sin embargo, sólo hasta 1803, aparece la primera
teoría atómica, enunciada por J. Dalton, quien
explico 4 puntos fundamentales
John Dalton, quien se interesó por los fenómenos
Atómicos y que además confundía los colores
(de ahí el termino daltónico)
Estos puntos eran:
1. Todos los elementos están constituidos por pequeñas
partículas llamadas átomos
2. Todos los átomos del mismo elementos poseen
propiedades idénticas, en particular su peso
3. Los átomos no se crean, no se destruyen ni se
cambian
4. Cuando los átomos se combinan, lo hacen en
relaciones de números enteros, formando moléculas
La teoría de Dalton explica la ley de proporciones
definidas y explica el porque de las reacciones químicas
Finalmente el primer modelo atómico lo propuso
Thompson, en 1898, en el cual los electrones se
encuentran sumergidos dentro de una esfera de materia
de carga positiva.
Esto implicaría que a mayor cantidad de electrones,
mayor sería el radio de la nube eléctricamente positiva
para mantener la neutralidad eléctrica del átomo
Dentro de los experimentos, el modelo de Thompson
podía explicar los siguientes hechos.
1. Algunos fenómenos eléctricos como la conductividad y
la polarización eléctrica
2. Las reacciones químicas bajo el supuesto intercambio
de electrones
3. La periodicidad observada en las propiedades químicas
de los elementos
Sin embargo, el modelo atómico falló en su explicación
de campos eléctricos, pues al graficar el comportamiento
a razón del radio del átomo, la grafica es la siguiente.
Tal como se ve, para distancias mayores que el radio, el campo
eléctrico disminuye hasta ser casi nulo. Pero esto no
concordaba con la realidad, hecho que resalto Rutherford
cuando al analizar el comportamiento de los campos eléctricos
en partículas denominadas alfa, en donde un haz de estas
partículas atravesaba un campo eléctrico, con resultados
contrarios a lo que predecía el modelo de Thompson
En esos resultados, el modelo predecía que la
trayectoria de las partículas se vería casi inalterada,
pues el campo eléctrico del átomo sólo afecta lo que
este dentro de el, sin embargo, el experimento
demostró que una pequeña parte de las partículas
incluso se devolvían a la fuente que las emitía.
En la imagen superior se muestra lo que el modelo
De Thompson predeciría. Abajo se Muestra lo que
En realidad sucede, en donde se denota un núcleo
Sobre el cual rebotan las partículas.
Es aquí donde la teoría del átomo de Thompson es
descartada, no sin antes dejar las bases para que
Rutherford diera explicaciones en donde el modelo
estudiado fallo, originándose así el modelo atómico
de Rutherford
Como se observa, el Modelo
atómico de Rutherford
explica el comportamiento de
las partículas alfa, cuando
ellas rebotan en los átomos
de oro que se explican con
núcleo, no como una nube
cargada.
Comportamiento
de
campo
eléctrico según
Thompson
Comportamiento
de
campo
eléctrico según
Rutherford
A diferencia del anterior modelo, la fuerza de campo eléctrico
disminuía a medida que se alejaba del núcleo, que se definía
como la parte del átomo que tenia la mayor cantidad de masa.
Al estar toda su carga positiva condensada en un punto tan
pequeño, el campo eléctrico es muy elevado y decrece con la
distancia
Con el modelo atómico de Rutherford se pudo explicar lo mismo que
explicaba el de Thompson, en adición a que concordaba con los
experimentos de las partículas alfa. Además se obtuvo nueva
información.
Todos los núcleos de un elemento dado tienen la misma carga
eléctrica
La carga nuclear es un múltiplo entero del valor de la carga del
electrón
La carga nuclear de un átomo es igual al numero atómico químico y
determina su posición en la tabla periódica
El nuevo modelo atómico proponía
Electrones moviéndose alrededor de un
núcleo
Sin embargo, el modelo de Rutherford, que parecía estar libre de
fallas no lo estaba. El modelo de Rutherford indicaba que los átomos
deberían seguir orbitas circulares o elípticas para que fuera
eléctricamente estable, similar al movimiento planetario y las fuerzas
centrípetas.
Sin embargo, el movimiento de los electrones deben generar
energía electromagnética, lo cual indicaría que la energía
propia de un electrón girando alrededor del núcleo se va
perdiendo a medida que continua el movimiento. Eso por lo
general.. No pasa..
Como surge el modelo Atómico
de Bohr
Luego de descartar los modelos atómicos de Thompson y de
Rutherford, se necesitaba un nuevo modelo que permitiera explicar
fenómenos físico químicos a niveles simples. Es entonces cuando Bohr
aparece en escena.
Básicamente el modelo de Bohr es una modificación del modelo
atómico que propuso Rutherford, pero ya no a nivel de configuración
(tal como lo hizo Rutherford con Thompson), sino a nivel de energías,
es decir, encontró la manera de explicar lo que Rutherford no explicó,
y todo a través de un nuevo concepto: La energía esta cuantizada
Niels Bohr, ganador del premio Nobel
de física en 1922
El trabajo de Bohr se basó en el átomo de Hidrógeno, pues es el mas
simple de los átomos al contar con un solo electrón, lo que le permitió
simplificar su trabajo, a la vez que conceptualizó postulados de forma
general.
Dice entonces que los radios orbitales no son de cualquier valor, por
lo que es obvio suponer que solo con unos valores que se pueden
establecer se pueden definir orbitas
La descripción del movimiento de
De los electrones de Bohr, supone
Que para cada orbita existe un valor
definido de energía
Según el modelo atómico de Bohr, al estar la energía cuantizada, los
niveles de energía son definidos. Similar a lo que sucede con los
planetas, donde se observa la relación que existe entre la velocidad
de desplazamiento de un planeta a lo largo de su orbita, y la longitud
de esta.
Bohr describe 4 postulados importantes, que explican los fenómenos
conocidos hasta hoy
1. El átomo de hidrógeno está constituido por un núcleo con carga
positiva y un electrón ligado a el mediante fuerzas electrostáticas
2. Existe un conjunto de estados energéticos discretos, en los cuales
el electrón puede moverse sin emitir radiación electromagnética
3. El momento angular del electrón es igual al múltiplo de n
multiplicada por la constante de Plank dividida en 2PI
4. Cuando un electrón cambia de orbita, emite o absorbe radiación
electromagnética
Los anteriores postulados indican que la radiación electromagnética
emitida por un electrón, indica que este a cedido energía y por
consiguiente se ha desplazado a una orbita mas interna de la inicial,
liberando energía en forma de fotones
De manera análoga, entre mas lejos se encuentre un electrón del
núcleo, mas energía posee, por lo cual, si no se encuentra en su
estado inicial, necesariamente indica que absorbió energía y se
encuentra en un estado de excitación
La justificación matemática
El análisis matemático muestra lo siguiente. El momento angular del
electrón, en una orbita n, , esta dado por la relación del radio, la masa
del electrón y su velocidad, y eso es igual a :
Luego, si despejamos el radio, obtenemos la relación directa de estos
con la energía que debe existir en cualquier punto sobre la
circunferencia que describe.
Partiendo de lo anterior, podemos analizar entonces la energía a
partir del movimiento del electrón, tal como lo hizo Bohr
Conociendo que la energía se mantiene constante en un electrón,
vemos entonces que la relación de fuerza centrípeta y fuerza eléctrica
es igual, por lo que tenemos la siguiente expresión, en donde ambas
fuerzas se igualan:
Reconocemos entonces que la energía esta directamente relacionada
con la masa y la velocidad del electrón, y por consiguiente, podemos
despejar la velocidad en función de la fuerza eléctrica que tiene.
Con estas herramientas, los cálculos se simplifican fácilmente.
Consideremos al electrón que gira alrededor de una carga positiva. La
energía total sobre el electrón será la suma de la energía cinética mas la
energía potencial, que en este caso es eléctrica.
Si reemplazamos la velocidad y el radio por las ecuaciones antes
encontradas, tenemos que la energía sólo queda en función de n
A partir de esta ecuación se deducen los niveles de energía para las
orbitas que puede tomar cada electrón. Visto de esta manera, cuando n
es constante, la energía no cambia, por lo cual no hay emisión de
radiación electromagnética cuando el electrón se mueve por la orbita n
Así pues se llegó a un modelo atómico que explicaba con detalle el
comportamiento de los átomos, teniendo en cuenta las reacciones
internas y las externas.
La generalidad del modelo aplica a otros elementos diferentes al
hidrógeno, pues las cargas del electrón así como la masa por partícula,
no varían por elemento.
Bibliografía:
Física Para ciencias e Ingeniería. Serway. Quinta edicion. Tomo 2, capitulo
42.1. Editorial Mc Graw Hill. 2002
Introduccion a la Fisica Moderna. Tercera Edicion. Castañeda. Tercera
Edicion. Capitulo 4.2. Universidad Nacional de Colombia
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/movimiento/bohr/bohr.ht
m
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000440/lecciones/modelo
s_atomicos/modeloatombohr.htm
De Interés…
Modelo Atómico de Ferman
http://ferman.fortunecity.es/modelos_atomicos.html
Gracias Por Su Atención
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