Recién se cumplieron cien años de la publicación de uno de
los artículos claves en el desarrollo de la física del s. XX, esencial para la
cuántica y para mucha de la tecnología que disfrutamos hoy en día: el modelo
atómico de Bohr. Así que hablemos un poco del legado de Bohr junto con algunos
aspectos de su vida.
Niels Henrik David Bohr fue un físico nacido en Dinamarca el
7 de octubre de 1885 y que murió el 18 de noviembre de 1962 los principales
aportes que realizo fueron entorno a la estructura del átomo y las bases de la
física cuántica.
El modelo atómico de Bohr fue publicado en 1913 y en el que
se explica cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del
núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos.
Este trabajo explica la estabilidad del átomo, pues modelos
anteriores hacían inviable la existencia de este ya que presentaban al átomo
como si fuera un pequeño sistema solar, este modelo era inestable en la
práctica pues el electromagnetismo clásico predice que una partícula cargada
moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones
deberían colapsar sobre el núcleo.
Bohr describió el átomo de hidrógeno con un protón en el
núcleo, y girando a su alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr partía
conceptualmente del modelo atómico de Rutherford y con ideas que habían surgido
unos años antes en investigaciones de Max Planck y Albert Einstein.
Diagrama del modelo atómico de Bohr.
La diferencia del modelo atómico presentado por Bohr queda
clara en sus postulados
El primer postulado
Los electrones
describen órbitas en torno al núcleo del átomo sin radiar energía.
Esto se entiende como que los electrones de los átomos están
en estados estacionarios pues no emiten ni absorben energía.
Segundo postulado
El electrón gira alrededor de su núcleo de tal forma que la
fuerza centrífuga sirve para equilibrar con exactitud la atracción
electrostática de las cargas opuestas.
Al imaginar un átomo con un electrón de carga negativa en un
átomo con un núcleo con una partícula de carga positiva podemos fácilmente deducir
que estas partículas se atraen por su diferencia de carga, justo como 2 imanes,
esto no ocurre gracias a la fuerza centrífuga.
Tercer postulado
No toda órbita para
electrón está permitida, tan solo se puede encontrar en órbitas cuyo radio
cumpla que el momento angular “L” del electrón que sea un múltiplo entero de la
ecuación L=mvr = nh/2π” (donde h es la
constante cuántica universal de Planck).
Modelos atómicos anteriores no había un orden especifico
para los electrones y estos podían estar en cualquier orbita, Bohr además de
poner cada electrón en su lugar describe al átomo con un numero determinado de
orbitales, justo como nos lo explican en secundaria cuando nos enseñan a
hibridar átomos
Cuarto postulado
El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de
una órbita permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya
energía es la diferencia de energía entre ambos niveles. (La energía de este fotón
se pudo calcular gracias a la ley de Planck)
Como se menciono en el postulado anterior un electrón tiene
un número determinado de orbitales en los que puede estar y cuando este pasa de
uno a otro la diferencia de energía entre ellos genera luz.
Estos postulados de su tesis doctoral le hicieron ganar el
premio Nobel de física en 1922, estos postulados cambiaron el mundo pues
iniciaron la era del átomo y son las bases de la física cuántica de la cual
obtenemos más de la mitad de toda nuestra tecnología.
Aquí les presentare algunas curiosidades alrededor de la
vida de Bohr.
Bohr no solo era un gran científico, también era un gran
humanista, político y jugador de futbol.
Harald y Niels Bohr
Desde niño Bohr fue acercado al deporte por su padre
(Maestro de fisiología en la Universidad de Copenhague) pues tenían la filosofía
de mente sana en cuerpo sano y tanto Niels como su hermano Harald Bohr eran tan
grandes futbolistas como científicos, Harald Bohr además de ser un gran matemático
llego a ser un atleta olímpico en 1908 donde su equipo goleo a Francia 17-1,
como dato curioso cuando Harald presento su tesis Doctoral el recinto estaba
lleno de fanáticos del futbol. Cuentan por ahí que Bohr decidió entrar de lleno
al la física por que en un partido en el que el era portero le anotaron un gol
desde media cancha y el estaba distraído resolviendo un problema matemático en
el poste de su portería.
Selección Olímpica de Dinamarca 1908 con Harald Bohr
Cuando Bohr gano el premio Nobel de física en 1922 la
cervecera Carlsberg le regalo una casa conectada directamente por una tubería a
la fábrica de cerveza por lo que Bohr podía disfrutar de cerveza de barril
cuando quisiera y de por vida, además la cervecera Carlsber patrocino mucho de
su trabajo posterior ademas colaboro en la creación del Instituto Niels Bohr.
El hijo de Niels Bohr, Aage Niels Bohr quien se formo como físico
nuclear igualmente gano un premio Nobel en física en 1975.
Aage Niels Bohr
Al iniciar la segunda guerra mundial Bohr escapó para evitar
su arresto por parte de la policía alemana ya que su madre era judía, en su
escape fue un apoyo fundamental para sus compatriotas. Cuando Bohr llega a Suecia
consigue el apoyo del Rey Gustavo de Suecia que da asilo a los judíos daneses,
se estima que gracias al asilo conseguido por Bohr se lograron salvar 8,000 judíos.
Antes del inicio de la segunda guerra mundial Werner Heisenberg
trabajo con Bohr quien fungía además como su maestro, al iniciar la guerra Heisenberg
es reclutado por los alemanes para dirigir el “Proyecto Uranio” que tenia como
objetivo crear una bomba atómica, al poco tiempo de iniciado este proyecto Heisenberg
visito a Bohr en su casa aun con el peligro de ser visto y denunciado por traición,
ellos tuvieron una larga conversación de la que no se tiene registro se cree
que Heisenberg le hablo a Bohr sobre el proyecto en el que el estaba trabajando
pues una de las primeras cosas que hizo Bohr al llegar a los Estados Unidos fue
trabajar en el Proyecto Manhattan para el desarrollo de la bomba atómica.
Explosión de la bomba atómica de Nagasaki
Y bueno algo de lo que ya muchos saben es que Bohr tenía
constantes debates con Einstein pues a Einstein no le agradaba la cuántica.
Niels Bohr y Albert Einstein
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