Qual è la soluzione al cruciverba “Ideò un modello atomico” con 4 lettere? La risposta è Bohr (Niels).17
Niels Bohr è stato un fisico danese famoso per aver ideato il modello atomico inclusivo del principio di quantizzazione dell’energia che ha dato l’avvio alla meccanica quantistica. Premio Nobel per la fisica nel 1922, andiamo a scoprirne di più su questo fisico e sulla sua creazione.
Breve biografia di Niels Bohr
Niels Bohr è nato a Copenaghen nell’ottobre del 1885 da un fisiologo danese, nonché insegnante di Fisiologia presso l’università della città, e da una ricca borghese di origine ebraica la cui famiglia era molto nota nel mondo bancario. Niels aveva un fratello, Harald, matematico e calciatore della nazionale del Paese, che ha ricevuto anche una convocazione alle Olimpiadi. Sua sorella maggiore Hannah, invece, è divenuta nota per essere stata la pioniera nell’ambito dell’introduzione dell’educazione mista nel Paese.
Laureatosi presso l’università di Copenaghen nel 1911, con un’interessante tesi su come fosse impossibile spiegare i fenomeni magnetici con la fisica classica, Niels Bohr ha ottenuto una borsa di studio che l’ha portato a trasferirsi a Cambridge, dove sperava di collaborare con J.J. Thompson ai fini di proseguire le indagini sulla teoria dei metalli. Intanto, però, la fisica olandese Van Leeuwen formulò il teorema conosciuto proprio con il nome Bohr- Van Leuween, nato dalla tesi del giovane.
In Inghilterra, Bohr ha studiato dapprima con James Jeans e poi con Ernest Rutherford sotto la guida del quale Bohr si è occupato di vari esperimenti sull’assorbimento di particelle alfa da parte dell’alluminio. Egli stesso però li ha lasciati perdere per concentrarsi sul suo nuovo modello atomico. Questo è nato dalla teoria orbitale dell’atomo scoperta proprio dal suo insegnante.
Il modello atomico di Bohr
Il modello atomico di Niels Bohr, proposto nel 1913, è una delle teorie fondamentali nello studio della fisica atomica e quantistica. Questo modello ha rappresentato un passo avanti significativo rispetto ai precedenti modelli atomici, come quello di Rutherford. Ecco una spiegazione dettagliata del modello di Bohr:
Prima di Bohr, il modello atomico di Rutherford (1911) descriveva l’atomo come un nucleo denso e positivo, circondato da elettroni che orbitavano come pianeti attorno al Sole. Tuttavia, questo modello non poteva spiegare la stabilità degli atomi né lo spettro delle linee di emissione degli elementi.
Assunzioni del Modello di Bohr
- Quantizzazione delle Orbite: Bohr propose che gli elettroni possono orbitare intorno al nucleo solo in determinate orbite stazionarie (o livelli energetici), ciascuna con un’energia specifica. Solo queste orbite quantizzate sono permesso, e gli elettroni non possono esistere in orbite intermedie.
- Condizione di Quantizzazione: Le orbite stazionarie sono tali che il momento angolare dell’elettrone è quantizzato e dato da =ℏ, dove è un numero intero positivo (numero quantico principale), e ℏ è la costante di Planck ridotta (ℏ=ℎ/2).
- Transizioni e Emissione di Energia: Gli elettroni possono saltare da un’orbita ad un’altra di energia inferiore solo emettendo un fotone con energia pari alla differenza tra i due livelli energetici. L’energia del fotone emesso è data dalla legge di Planck =ℎ, dove è la frequenza della radiazione emessa.
Formule Chiave
- Energia degli Elettroni nelle Orbite:
=−13.6 eV2
Dove è l’energia dell’elettrone nell’orbita e 13.6 eV è l’energia di ionizzazione dell’atomo di idrogeno.
- Raggio delle Orbite:
=2⋅1
Dove è il raggio dell’orbita e 1 è il raggio della prima orbita (raggio di Bohr), pari a circa 0.529 Ångström.
- Frequenza della Radiazione Emessa:
=−ℎ
Dove ed sono le energie iniziale e finale dell’elettrone.
Successi del Modello di Bohr
- Spiegazione degli Spettri di Emissione: Bohr riuscì a spiegare le righe spettrali dell’idrogeno con grande precisione. In particolare, la sua teoria prevedeva correttamente le lunghezze d’onda della serie di Balmer, che si osservano nello spettro visibile.
- Stabilità degli Atomi: Il modello spiegava perché gli elettroni non spiravano nel nucleo, grazie alla quantizzazione delle orbite.
Limiti del Modello di Bohr
- Elementi Più Complessi: Il modello funziona bene solo per l’atomo di idrogeno o per atomi idrogenoidi (un solo elettrone). Non riesce a spiegare con precisione gli spettri di elementi con più elettroni.
- Meccanica Quantistica: Il modello di Bohr è una via di mezzo tra la fisica classica e la meccanica quantistica. Con l’avvento della meccanica quantistica di Schrödinger e Heisenberg, si è capito che la descrizione degli elettroni come particelle in orbite fisse era insufficiente. La meccanica quantistica utilizza funzioni d’onda per descrivere le probabilità di posizione degli elettroni.
In sintesi, il modello di Bohr è stato fondamentale per il progresso della fisica atomica e ha aperto la strada allo sviluppo della meccanica quantistica. Ha fornito una spiegazione iniziale della quantizzazione dell’energia negli atomi e ha gettato le basi per una comprensione più profonda della struttura atomica.