Modelo Atómico de Bohr

Los modelos atómicos de Bohr fueron expuestos por el científico o físico danés Niels Bohr, el cual después de realizar u  doctorado opto por trabajar directamente en los laboratorios ubicados en la universidad de Cambridge, sus estudios fueron trascendentales y representaron una huella trascendental que cambio la ciencia al descubrir los átomos.

Niels Bohr se interesó en los átomos luego de entablar conversaciones con otro físico conocido con el nombre de Ernest Rutherford, desde ese entonces este científico danés se concentró en estudiar y trabajar acerca de la teoría del átomo desarrollar la teoría de su maestro Rutherford.

Por esta razón después de estudiar las objeciones del modelo atómico expuesto por su profesor, pudo observar que los electrones irradian su energía y ondas electromagnéticas;  además esto predecía que los átomos no permanecían en un lugar estable sino que conformaban toda la célula en sí.

Esta teoría estudiada por Bohr le agrego adicionalmente la ya establecida por Max Planck de “cuantos de energías” y la establecida por Albert Einstein “efecto fotoeléctrico”.

Características del Modelo Atómico de Bohr

Los modelos atómicos de Bohr, poseen características esenciales que permiten diferenciar esta teoría de otras. Este modelo permite localizar los electrones que componen el núcleo y por qué estos se encuentran a distancias determinantes.

Estos modelos atómicos de Bohr aunque son simples tienen cierta complejidad y además es parecido a otros. Este modelo establece que el electrón que contiene un átomo es el encargado de describir las orbitas que este almacena y a su vez estos no tiene valor dentro del electrón.

Por eso un electrón pasa de una órbita a otra constantemente, pero lo hace sin pasar por esas orbitas que se encuentran en la mitad del átomo; así que un átomo y un electrón son uno solo. A través de esta descripción pudo concluir que:

• La carga eléctrica Z de un núcleo es muy pesado para considerarlo inmóvil.
• Un electrón es capaz de describir una orbita “r”.

Estos dos aspectos permiten deducir que entre mayor es el radio “r”, mayor será la energía que el átomo almacena. Por esta razón cuando el electrón pasa de una órbita mayor a una más pequeña esta pierde energía, la energía que pierde es la que el átomo se encarga de proyectar al exterior en forma de luz.

En conclusión los electrones no son capaces de irradiar luz cuando estos se encuentran en orbitas estables. Pero si estos pasan de una órbita de energía menor a una mayor el mismo electrón absorberá la diferencia de energía. Igualmente Bohr determino que la frecuencia de luz que emite un átomo se relaciona con el cambio del electrón, tal como lo establece la regla cuántica Planck (cambio de energía/frecuencia= constante).

Adicional este también  permite establecer que cuando el electrón pasa de una orbita de energía a una órbita de energía interna el mismo suele perder su energía, sin embargo la misma perdida es expulsada a través de las irradiaciones.

Modelo atómico de Bohr hidrogeno

El hidrogeno es un elemento químico, el cual está conformado por una combinación de gas diatónico, el cual suele ser inflamable, inodoro, incoloro y además no es soluble en agua.

Los modelos atómicos de Bohr hidrogeno expresaba que un átomo está compuesto por una dimensión de un orden 10-9m. El núcleo suele ser pesado y las dimensiones del mismo se encuentran en un orden de 10-14m alrededor de los electrones, adicional los electrones se componen con una carga –E de (1,6-19C) cada uno pesa alrededor de (9,1-10-31 kilogramos).

Los modelos atómicos de Bohr establecían que el átomo se compone por protones y neutrones, el cual se representa con el numero Z, por lo tanto el numero Z de protones coincidirá con el número de electrones que componen al átomo. Es decir que la masa de un patrón o neutrón será unas 1850 mayor al del electrón. Por consecuencia la masa del átomo será idéntica al del núcleo.

Los electrones que compone al átomo a su vez son los encargados de las propiedades atómicas reflejadas en las propiedades de la materia en sí. El movimiento de los electrones permite explicar la interacción entre el núcleo y los electrones, por lo que la interacción será insignificante.

Modelo atómico de Bohr carbono

El carbono es un elemento químico no metal y trasnvalente el cual posee más de 3 electrones; los cuales se encargan de formar los enlaces químicos. Este elemento es el pilar de la química orgánica y además el mismo es conocido desde la antigüedad.

Cuando hablamos de los modelos atómicos de Bohr se debe mencionar el modelo de carbono, el cual se encarga de describir la estructura y energía eléctrica que compone a un átomo de carbono. La idea de este modelo además es estudiar la radiación electromagnética y su interacción dentro de la materia.

Por otro lado tenemos que el carbono es un espectro químico, el cual es caracterizado por el análisis espectroscópico al obtener una muestra puede concluir su composición química. Los espectros desde un principio eran desconocidos en la mayoría de teorías atómicas, hasta que se expuso en los modelos atómicos de Bohr estos permitían comprobar la radiación de los átomos y como era el comportamiento de los electrones dentro de estos.

Para que Bohr llegara a producir este modelo este tuvo que contribuir con el físico Ernst Rutherford, para de esta forma descubrir si la estructura nuclear del átomo es estable.

Para eso este baso el núcleo central de electrones en un sistema solar, pero el único problema que representaron estos modelos era establecer que el electrón realmente giraba alrededor del núcleo, tal como una radiación electromagnética

A través de estos modelos atómicos este pudo concluir que los electrones no se mueven de forma circular, además los mismos se comporta como una onda o partícula ubicadas en un espacio del núcleo, donde además existen probabilidades de encontrar más de un electrón. Aunque esta teoría tuvo ciertos errores represento un avance para los demás científicos que empezaban a construir su teoría atómica.

Primer postulado del modelo atómico de Bohr

Ventajas del modelo atómico de Bohr

El modelo atómico de Bohr tiene varias ventajas importantes:

1. Explica el espectro de emisión: Una de las principales ventajas del modelo atómico de Bohr es que explica el espectro de emisión de los átomos. Este espectro muestra patrones de líneas brillantes y oscuras que se corresponden con las diferentes longitudes de onda de la luz que emite o absorbe un átomo. El modelo de Bohr sugiere que la energía de los electrones en un átomo está cuantizada, es decir, solo pueden tener ciertos niveles de energía. Cuando un electrón salta de un nivel de energía a otro, emite o absorbe una cantidad específica de energía en forma de fotones de luz, lo que produce los patrones de líneas observados en el espectro de emisión.
2. Explica la estabilidad del átomo: El modelo de Bohr también explica la estabilidad de los átomos. En el modelo, los electrones se mueven en órbitas alrededor del núcleo, y solo pueden ocupar ciertos niveles de energía. Cuando los electrones están en su nivel de energía más bajo, están en un estado de mínima energía, lo que hace que el átomo sea estable. Además, el modelo de Bohr sugiere que los electrones solo pueden moverse entre órbitas si absorben o emiten energía, lo que explica por qué los átomos no cambian continuamente de estado.
3. Considera la carga nuclear: El modelo de Bohr también considera la carga positiva del núcleo del átomo, lo que no se tenía en cuenta en el modelo de Thomson. En el modelo de Bohr, la carga positiva del núcleo atrae a los electrones hacia el centro del átomo, manteniéndolos en su órbita.
4. Simplificación del modelo atómico: El modelo de Bohr es una simplificación del modelo atómico, lo que lo hace más fácil de entender y explicar. Es un modelo visualmente intuitivo que permite a los estudiantes y científicos comprender la estructura básica de los átomos sin tener que recurrir a complejas ecuaciones matemáticas.

En resumen, el modelo atómico de Bohr es una teoría ampliamente aceptada que ha demostrado ser útil para explicar una variedad de fenómenos atómicos, incluyendo el espectro de emisión y la estabilidad del átomo.

Desventajas del modelo atómico de Bohr

A pesar de que el modelo atómico de Bohr tiene muchas ventajas, también tiene algunas desventajas y limitaciones:

1. No considera el movimiento ondulatorio de los electrones: El modelo de Bohr considera a los electrones como partículas que se mueven en órbitas alrededor del núcleo, pero no tiene en cuenta el hecho de que los electrones también tienen propiedades ondulatorias. Esta limitación es particularmente importante cuando se consideran átomos más grandes, donde los electrones no se mueven en órbitas bien definidas sino que se distribuyen en nubes de probabilidad.
2. No explica completamente la estructura de los átomos pesados: El modelo de Bohr fue desarrollado originalmente para explicar los átomos de hidrógeno y otros átomos más simples. No obstante, para los átomos más pesados, donde el número de electrones es mayor, el modelo de Bohr no es capaz de explicar completamente la estructura atómica. De hecho, para átomos más complejos se deben utilizar modelos más sofisticados, como el modelo de capas electrónicas y la teoría cuántica.
3. No tiene en cuenta las interacciones entre electrones: El modelo de Bohr trata a los electrones como si fueran independientes unos de otros, lo que no es cierto en átomos más complejos. De hecho, en átomos con muchos electrones, estos interactúan entre sí y afectan la distribución de energía en el átomo. El modelo de Bohr no tiene en cuenta estas interacciones, por lo que no es aplicable en estas situaciones.
4. Supone que los electrones se mueven en órbitas circulares: El modelo de Bohr asume que los electrones se mueven en órbitas circulares bien definidas alrededor del núcleo, lo que no es del todo cierto. En realidad, los electrones se mueven en órbitas elípticas o incluso en órbitas más complejas en átomos más grandes y complejos.

En resumen, aunque el modelo atómico de Bohr es una teoría valiosa para entender los átomos, también tiene limitaciones y no puede explicar completamente la estructura de átomos más complejos. Por lo tanto, se han desarrollado modelos más sofisticados para explicar la estructura atómica en detalle.

Fallos y errores del modelo atómico de Bohr

A pesar de que el modelo atómico de Bohr fue una importante contribución al entendimiento de la estructura atómica, también tiene algunas limitaciones y fallos, entre los que se pueden mencionar:

1. No tiene en cuenta el movimiento ondulatorio de los electrones: El modelo de Bohr trata a los electrones como partículas que se mueven en órbitas alrededor del núcleo, pero no tiene en cuenta el hecho de que los electrones también tienen propiedades ondulatorias. Esta limitación es particularmente importante cuando se consideran átomos más grandes, donde los electrones no se mueven en órbitas bien definidas sino que se distribuyen en nubes de probabilidad.
2. No tiene en cuenta la repulsión electrostática entre los electrones: El modelo de Bohr asume que los electrones se mueven en órbitas bien definidas y que cada órbita puede contener un número fijo de electrones. Sin embargo, esto no tiene en cuenta la repulsión electrostática entre los electrones, que se vuelve cada vez más importante a medida que se agregan más electrones a un átomo.
3. No explica completamente la estructura de los átomos pesados: El modelo de Bohr fue desarrollado originalmente para explicar los átomos de hidrógeno y otros átomos más simples. No obstante, para los átomos más pesados, donde el número de electrones es mayor, el modelo de Bohr no es capaz de explicar completamente la estructura atómica. De hecho, para átomos más complejos se deben utilizar modelos más sofisticados, como el modelo de capas electrónicas y la teoría cuántica.

En resumen, aunque el modelo atómico de Bohr es una teoría valiosa para entender los átomos, también tiene limitaciones y no puede explicar completamente la estructura de átomos más complejos. Por lo tanto, se han desarrollado modelos más sofisticados para explicar la estructura atómica en detalle.

Experimentos del modelo atómico de Bohr

El modelo atómico de Bohr se basó en varios experimentos que se llevaron a cabo en la época en que fue desarrollado. A continuación, se mencionan algunos de los experimentos más importantes que sirvieron de base para este modelo:

1. Espectro de emisión del hidrógeno: Uno de los experimentos más importantes que influyeron en el modelo atómico de Bohr fue el espectro de emisión del hidrógeno. Este experimento consistió en analizar la luz emitida por el hidrógeno al pasar por un prisma. El espectro obtenido mostró una serie de líneas de emisión muy definidas, lo que sugiere que la luz emitida por el hidrógeno estaba compuesta por longitudes de onda discretas. Bohr postuló que estas longitudes de onda discretas correspondían a los diferentes niveles de energía permitidos para los electrones en la órbita del átomo de hidrógeno.
2. Efecto fotoeléctrico: El efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el que los electrones son expulsados de un metal cuando se ilumina con luz. Este efecto fue estudiado por Albert Einstein y Max Planck, y sus resultados contribuyeron al desarrollo del modelo de Bohr. Einstein explicó el efecto fotoeléctrico mediante la hipótesis de que la energía de la luz se transfiere a los electrones en paquetes discretos de energía, o fotones.
3. Dispersión de partículas alfa: La dispersión de partículas alfa fue un experimento realizado por Ernest Rutherford, en el que se bombardeó una lámina de oro con partículas alfa. El experimento mostró que la mayor parte de las partículas atravesaban la lámina sin ser desviadas, pero que algunas partículas experimentaban desviaciones importantes. Esto llevó a la conclusión de que la mayor parte del átomo era espacio vacío y que la mayor parte de la masa del átomo estaba concentrada en un núcleo pequeño y denso.

Estos y otros experimentos llevaron a Bohr a desarrollar su modelo atómico, que fue una importante contribución al entendimiento de la estructura atómica.

Diferencias entre el modelo atómico de Rutherford y Bohr

Hay varias diferencias entre el modelo atómico de Rutherford y el modelo atómico de Bohr. Aquí hay algunas de las principales:

1. Distribución de carga: En el modelo de Rutherford, el átomo se representa como un núcleo positivo en el centro con electrones girando alrededor de él. En el modelo de Bohr, los electrones se ubican en órbitas circulares bien definidas alrededor del núcleo.
2. Electrones: En el modelo de Rutherford, los electrones giran en órbitas aleatorias sin restricciones claras. En el modelo de Bohr, los electrones giran en órbitas circulares específicas con niveles de energía definidos.
3. Energía: El modelo de Rutherford no tenía en cuenta la energía que tenía un electrón al moverse alrededor del núcleo. El modelo de Bohr incorporó la idea de que los electrones pueden estar en diferentes niveles de energía, y que la transición de un electrón de un nivel de energía a otro puede liberar o absorber energía en forma de fotones de luz.
4. Espectros: El modelo de Rutherford no puede explicar los espectros de emisión y absorción de los átomos. El modelo de Bohr, por otro lado, explica los espectros de emisión y absorción de los átomos en términos de transiciones de los electrones entre diferentes niveles de energía.

En resumen, el modelo atómico de Rutherford y el modelo atómico de Bohr difieren en cómo describen la distribución de carga, la ubicación y energía de los electrones, y su capacidad para explicar los espectros de emisión y absorción de los átomos.

Diferencias entre el modelo atómico de Bohr y Schrödinger

Hay varias diferencias importantes entre el modelo atómico de Bohr y el modelo atómico de Schrödinger:

1. Naturaleza ondulatoria: El modelo atómico de Bohr consideraba a los electrones como partículas con una ubicación específica y una órbita definida alrededor del núcleo. En cambio, el modelo atómico de Schrödinger considera a los electrones como ondas, lo que significa que la ubicación y velocidad del electrón no se pueden conocer con precisión.
2. Cálculo matemático: El modelo atómico de Schrödinger utiliza ecuaciones matemáticas para describir la ubicación y energía probable de los electrones en un átomo. El modelo de Bohr no incluía ecuaciones matemáticas complejas y solo permitía calcular las órbitas de los electrones para átomos con un solo electrón.
3. Niveles de energía: El modelo atómico de Schrödinger describe los niveles de energía de los electrones como una serie de orbitales, cada uno de los cuales tiene una forma específica y un rango de energía permitido. En contraste, el modelo atómico de Bohr solo considera niveles de energía discretos y definidos para los electrones.
4. Átomos más complejos: El modelo atómico de Bohr solo puede explicar las propiedades de los átomos con un electrón en su capa más externa, mientras que el modelo atómico de Schrödinger se aplica a átomos más complejos con varios electrones.

En resumen, mientras que el modelo atómico de Bohr se centra en la ubicación y energía definida de los electrones en una órbita específica, el modelo atómico de Schrödinger describe los electrones como ondas, utiliza ecuaciones matemáticas complejas para describir su ubicación y energía, y puede aplicarse a átomos más complejos.

Diferencias entre el modelo atómico de Bohr y el actual

El modelo atómico actual es una teoría más compleja y precisa que el modelo atómico de Bohr. Aquí hay algunas diferencias clave entre ambos modelos:

1. Ubicación precisa del electrón: El modelo atómico actual considera que la ubicación exacta del electrón en un átomo es desconocida y se describe mediante la función de onda de Schrödinger. En cambio, el modelo atómico de Bohr considera que el electrón está en una órbita específica y definida alrededor del núcleo.
2. Distribución electrónica: El modelo atómico actual describe la distribución de electrones en un átomo en términos de niveles de energía y subniveles, mientras que el modelo de Bohr solo considera los niveles de energía.
3. Núcleo atómico: El modelo atómico actual considera el núcleo atómico como compuesto de protones y neutrones, mientras que el modelo de Bohr solo considera protones.
4. Propiedades magnéticas: El modelo atómico actual describe las propiedades magnéticas de los átomos en términos de los momentos magnéticos de los electrones y los núcleos atómicos. El modelo de Bohr no tiene en cuenta las propiedades magnéticas de los átomos.
5. Partículas subatómicas: El modelo atómico actual describe la existencia de partículas subatómicas como quarks y leptones, que no estaban presentes en el modelo de Bohr.

En resumen, el modelo atómico actual es mucho más complejo y preciso que el modelo de Bohr y tiene en cuenta muchos más factores en la descripción de la estructura atómica.

Ejercicios del modelo atómico de Bohr

1. ¿Cuál es la energía necesaria para excitar un átomo de hidrógeno del estado base al primer estado excitado? (La energía de ionización del átomo de hidrógeno es de 13,6 eV.)

Solución: La energía necesaria para excitar un átomo de hidrógeno del estado base al primer estado excitado es igual a la diferencia de energía entre los dos estados. Según el modelo de Bohr, la energía de un electrón en el estado n se puede calcular mediante la fórmula:

E = (-13.6 eV) / n^2

donde n es el número cuántico principal del estado. Por lo tanto, la energía del electrón en el estado base (n=1) es:

E1 = (-13.6 eV) / 1^2 = -13.6 eV

La energía del electrón en el primer estado excitado (n=2) es:

E2 = (-13.6 eV) / 2^2 = -3.4 eV

Por lo tanto, la energía necesaria para excitar el átomo del estado base al primer estado excitado es:

ΔE = E2 – E1 = (-3.4 eV) – (-13.6 eV) = 10.2 eV

2. ¿Cuál es la longitud de onda de la luz emitida cuando un electrón en el átomo de hidrógeno cae del tercer estado excitado al segundo estado excitado? (La constante de Rydberg es 1.097 x 10^7 m^-1.)

Solución: Cuando un electrón en un átomo de hidrógeno cae de un estado excitado superior a uno inferior, emite un fotón de luz con una longitud de onda determinada por la fórmula de Rydberg:

1/λ = R (1/n2^2 – 1/n1^2)

donde λ es la longitud de onda de la luz emitida, R es la constante de Rydberg, y n1 y n2 son los números cuánticos principales de los estados inicial y final, respectivamente.

En este caso, el electrón está cayendo del tercer estado excitado (n=3) al segundo estado excitado (n=2). Por lo tanto, la longitud de onda de la luz emitida es:

1/λ = R (1/2^2 – 1/3^2) = 1.097 x 10^7 m^-1 (0.1875 – 0.1111) = 9.41 x 10^-8 m

Por lo tanto, la longitud de onda de la luz emitida es de 9.41 x 10^-8 metros, o 94.1 nanómetros.

Imágenes y modelos atómicos de Bohr

Las imágenes del modelo atómico de Bohr las puedes encontrar en plataformas como google fotos, pinterest, frepik entre otras.

Videos de modelos atómicos de Bohr

La mayoría de los videos acerca de este modelo atómico se encuentran en plataformas como YouTube, la cual es una de las mejores en contenido de video, algunos de los videos acerca del modelo atómico expuesto por bohr son: