Principais conclusões

• O modelo de Niels Bohr, que representava elétrons orbitando o núcleo como planetas ao redor do Sol, recebeu o Prêmio Nobel em 1922, apesar de ser tecnicamente incorreto.
• Arnold Sommerfeld aprimorou o modelo de Bohr em 1916 com órbitas elípticas.
• Apesar das suas imprecisões, o modelo de Bohr continua a ser uma ferramenta de ensino fundamental na introdução do conceito de átomos.

Você pode procurar a imagem de um átomo na internet e encontrará uma, mesmo que ninguém tenha visto um átomo antes. Mas temos uma estimativa da aparência de um único átomo graças ao trabalho de vários cientistas diferentes, como o físico dinamarquês Niels Bohr.

Os átomos são os blocos de construção da matéria – um único átomo de qualquer elemento individual é a entidade mais básica da natureza que ainda obedece às regras da física que podemos observar na vida cotidiana (as partículas subatômicas que constituem os átomos têm suas próprias regras especiais) . Os cientistas suspeitavam que os átomos existiam há muito tempo antes de poderem conceber a sua estrutura - até os antigos gregos imaginavam que a matéria do universo era composta por componentes tão pequenos que não podiam ser decompostos em nada mais pequeno, e chamavam a estas unidades fundamentais atomos , que significa "indivisível". No final do século XIX, entendia-se que as substâncias químicas podiam ser decompostas em átomos, que eram muito pequenos e que os átomos de diferentes elementos tinham um peso previsível.



Mas então, em 1897, o físico britânico J.J. Thomson descobriu os elétrons – partículas com carga negativa dentro dos átomos que todos passaram a maior parte de um século acreditando que eram totalmente indivisíveis – como as menores coisas que existiam. Thomson apenas levantou a hipótese de que os elétrons existiam, mas não conseguiu descobrir exatamente como os elétrons se encaixavam em um átomo. Seu melhor palpite foi o “modelo do pudim de ameixa”, que representava o átomo como uma torta com carga positiva repleta de áreas com carga negativa espalhadas como frutas em uma sobremesa antiga.

"Descobriu-se que os elétrons são elétricos negativos e todos têm a mesma massa e são muito pequenos em comparação com os átomos", diz Dudley Herschbach, químico de Harvard que compartilhou o Prêmio Nobel de Química em 1986 por suas "contribuições relativas à dinâmica dos processos químicos elementares". ", em um e-mail. "Ernest Rutherford descobriu o núcleo em 1911. Os núcleos eram elétricos positivos, com massas variadas, mas muito maiores que os elétrons, mas de tamanho muito pequeno."

Um salto gigante em frente

Niels Bohr foi aluno de Rutherford que corajosamente assumiu o projeto de seu mentor de decifrar a estrutura do átomo em 1912. Ele levou apenas um ano para criar um modelo funcional de um átomo de hidrogênio.

“O modelo de Bohr de 1913 para o átomo de hidrogênio tinha órbitas circulares de elétrons em torno do próton – como as órbitas da Terra em torno do Sol”, diz Herschbach. "Bohr fez uso de um padrão simples e regular para o espectro do átomo de hidrogênio, encontrado por Johann Balmer em 1885. Ele também fez uso da ideia da ideia quântica, descoberta por Max Planck em 1900."



Em 1913, o modelo de Bohr representou um salto gigantesco porque incorporou características da recém-nascida mecânica quântica na descrição de átomos e moléculas. Naquele ano, publicou três artigos sobre a constituição de átomos e moléculas:o primeiro e mais famoso foi dedicado ao átomo de hidrogênio e os outros dois descreveram alguns elementos com mais elétrons, usando seu modelo como estrutura. O modelo que ele propôs para o átomo de hidrogênio tinha elétrons movendo-se ao redor do núcleo, mas apenas em trilhas especiais com diferentes níveis de energia. Bohr levantou a hipótese de que a luz foi emitida quando um elétron saltou de uma faixa de energia mais alta para uma faixa de energia mais baixa – foi isso que fez o hidrogênio brilhar em um tubo de vidro. Ele acertou o hidrogênio, mas seu modelo estava um pouco problemático.

"O modelo falhou em prever o valor correto das energias do estado fundamental dos átomos de muitos elétrons e das energias de ligação das moléculas - mesmo para os sistemas mais simples de 2 elétrons, como o átomo de hélio ou uma molécula de hidrogênio", diz Anatoly Svidzinsky. , professor do Instituto de Ciência e Engenharia Quântica da Texas A&M, em entrevista por e-mail. "Portanto, já em 1913, estava claro que o modelo de Bohr não estava totalmente correto. Mesmo para o átomo de hidrogênio, o modelo de Bohr prediz incorretamente que o estado fundamental do átomo possui momento angular orbital diferente de zero."

O Prêmio Nobel de 1922

O que, claro, pode não fazer muito sentido para você se você não for um físico quântico. No entanto, o modelo de Bohr foi acelerado para receber o Prémio Nobel da Física em 1922. Mas mesmo enquanto Bohr consolidava a sua reputação no mundo da física, os cientistas estavam a melhorar o seu modelo:

“O modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio foi aprimorado por Arnold Sommerfeld em 1916”, diz Herschbach. "Ele encontrou órbitas elípticas que representavam linhas espectrais próximas daquelas que vieram de órbitas circulares. O modelo de Bohr-Sommerfeld para o átomo de hidrogênio é básico, mas a quântica e a relatividade tornaram-se aspectos importantes."



Entre 1925 e 1928, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger e Paul Dirac desenvolveram estes aspectos muito além do modelo atômico de Bohr, mas o seu é de longe o modelo de átomo mais reconhecido. Os modelos atômicos que a física quântica nos deu parecem menos com um sol cercado por planetas de elétrons e mais com arte moderna. É provável que ainda utilizemos o modelo de Bohr porque é uma boa introdução ao conceito de átomo.

“Em 1913, o modelo de Bohr demonstrou que a quantização é o caminho certo a seguir na descrição do micromundo”, diz Svidzinsky. "Assim, o modelo de Bohr mostrou aos cientistas uma direção para pesquisar e estimulou o desenvolvimento da mecânica quântica. Se você conhece o caminho, mais cedo ou mais tarde encontrará a solução certa para o problema. Pode-se pensar no modelo de Bohr como um dos sinais de direção ao longo de uma trilha para o mundo quântico."
Agora isso é interessante
O pai de Niels Bohr, Christian Bohr, foi indicado para três prêmios Nobel diferentes de Fisiologia da Medicina, embora nunca tenha ganhado.

Perguntas frequentes

Por que o modelo Bohr ainda é ensinado nas escolas apesar de ser tecnicamente incorreto?

O modelo de Bohr oferece uma maneira simplificada de introduzir o conceito de átomos e órbitas de elétrons, fornecendo uma compreensão básica antes de passar para modelos de mecânica quântica mais complexos.

O que substituiu o modelo Bohr?

O modelo de Bohr foi substituído por modelos de mecânica quântica que descrevem o comportamento dos elétrons não como órbitas, mas como localizações probabilísticas ao redor do núcleo.