Nel 1911, il fisico neozelandese Ernest Rutherford, insieme ai suoi collaboratori, effettuò un esperimento in cui bombardò una sottilissima lama d'oro con particelle alfa del polonio (elemento chimico radioattivo), l'analisi di questo esperimento ha permesso a Rutherford di giungere a conclusioni che culminò nell'annuncio di un nuovo modello atomico, in cui presumeva che l'atomo fosse composto da un nucleo denso, positivo, con elettroni orbitanti in il tuo ritorno.
Tuttavia, la fisica classica ha criticato aspramente il modello di Rutherford, perché secondo l'elettromagnetismo classico di Maxwell, una carica accelerata emette onde elettromagnetiche, quindi un elettrone che ruota attorno al nucleo dovrebbe emettere radiazioni, perdendo energia e infine cadendo nel nucleo, e sappiamo già che non lo fa succede.
Nel 1914, il fisico danese Niels Bohr propose un modello che divenne noto come atomo di Bohr, o modello atomico di Bohr, sulla base di postulati che risolverebbero i problemi del modello di Rutherford, spiegando perché gli elettroni non cadrebbero a spirale nel nucleo. Come previsto dalla fisica classica, Bohr ipotizzò che gli elettroni ruotassero attorno al nucleo in orbite. possibile, definita e circolare a causa della forza elettrica, che può essere calcolata dalla legge di Coulomb attraverso dell'equazione:
F = ke²
r²
Le chiamò orbite stazionarie, inoltre, gli elettroni non emettono energia spontaneamente, per saltare da un'orbita all'altra ha bisogno di ricevere un fotone di energia che può essere calcolato così:
E = Ef - Eio = hf
In questo modo, a meno che non riceva esattamente la quantità di energia necessaria per saltare da un'orbita all'altra, più lontano dal nucleo, l'elettrone rimarrà nella sua orbita indefinitamente.
L'energia corrispondente a ciascuna orbita è stata calcolata da Bohr, vedi come possiamo raggiungere lo stesso risultato:
La forza elettrica agisce come una forza centripeta, quindi abbiamo:
mv² = ke², quindi mv² = ke² (IO)
r r² r
L'energia cinetica dell'elettrone è data da Eç = ½ mv². Dove lo otteniamo:
Eç = ke²
2°
L'energia potenziale dell'elettrone è data da: EP = - ke² (II)
r
L'energia totale sarà: E = Eç + ANDP
E = ke² – ke² = - ke² (III)
2r r 2r
Niels Bohr ha inoltre ipotizzato che il prodotto mvr dovrebbe essere un multiplo intero (n) di h/2π, ovvero:
mvr = eh?
2π
con n = 1,2,3...
Quindi possiamo fare:
v = eh? (IV)
2πmr
Sostituendo questo valore nell'equazione (I) abbiamo:
m( eh? )² = ke²
2πmr
mn²h² = ke²
4π²m²r² r
che si traduce in: n²h² = ke²
4π²mr² r
n²h² = ke²
4π²mr
4π²mr = 1
n²h² ke²
Quindi r = n²h²
4π²mke²
r = h² . n² (V)
4π²mke²
Sostituzione di V in III
Eno = - 2π² m k²e4 . 1 (SEGA)
h² n²
Con l'equazione (VI) di cui sopra, è possibile calcolare l'energia dell'elettrone nelle orbite consentite, dove n = 1 corrispondente allo stato più basso energia, o stato fondamentale, che lascerà solo se è eccitato attraverso un fotone ricevuto, saltando ad un altro energia, in cui rimarrà per un brevissimo periodo di tempo, presto tornerà allo stato fondamentale emettendo un fotone di energia. Il modello atomico di Bohr ha spiegato bene l'atomo monoelettronico di idrogeno, e per più atomi complessi, sarebbe ancora necessaria una nuova teoria, la teoria di Schroedinger, che è già nei domini della meccanica. quantistico.
di Paulo Silva
Laureato in Fisica
