Física 12º ano
A trilogia de Bohr: 100 anos do
modelo atómico núcleo - eletrão
Trabalho realizado por:
Igor Balan 12Ct2
João Sabarigo 12ºCt2
Maria Mexia 12ºCt2
Marina Correia 12ºCt2
NIELS BOHR
• 1885 – Nasceu a 7 de outubro, em Copenhaga;
• 1908 – Condecorado pela Academia de Ciências
- Investigação teórica e experimental sobre a
tensão da superfície provocada pela oscilação
de jatos fluidos;
• 1913 – “Philosophical Magazine” – Trilogia De
Bohr;
• 1914 a 1916 – Professor de Física Teórica – na
Universidade de Victoria, em Manchester;
NIELS BOHR
• 1920 – Diretor do Instituto de Física Teórica
• 1922 – Prémio Nobel da Física investigações sobre a estrutura atómica à luz
da Mecânica Quântica
• 1950 – “Carta Aberta” às Nações Unidas
• 1957 – Prémio Átomos Para a Paz - luta em
defesa da preservação da paz
• 1962 – Faleceu a 19 de novembro, em
Copenhaga
Período Histórico em que se insere
1897
1900
h
1905
1911
1913
Bases do seu trabalho
Bases do seu trabalho
Modelo de Rutherford
Constante de Planck
h
Modelo de
Rutherford
Modelo de Rutherford
Ernest
Rutherford
(1871-1937)
Experiência de Rutherford
Electrões
Núcleo
Partículas Alfa
Conclusões de Rutherford
Existência de uma parte maciça carregada
positivamente, o núcleo, rodeado pelos
electrões, ligados pelas forças atractivas;
neutrão
protão
Conclusões de Rutherford
Dimensões lineares do núcleo muito
pequenas em comparação com as dimensões
lineares do átomo total;
<
Conclusões de Rutherford
Hipótese de o núcleo conter a parte
essencial da massa do átomo;
≈
m
m
Bohr e o modelo de Rutherford
“Deve atribuir-se um grande interesse a este
modelo atómico;”
“a hipótese da existência de núcleos, como os
considerados, parece ser necessária para dar conta dos
resultados das experiências sobre os ângulos de
dispersão muito grandes dos raios alfa.”
Problemas não resolvidos pelo
modelo de Rutherford
Utilização do modelo de Rutherford para a
explicação de propriedades da matéria
Dificuldades derivadas da
aparente instabilidade dos
átomos
Problemas não resolvidos pelo
modelo de Rutherford
O electrão perderia energia e acabaria por cair no
núcleo.
Radiação
electromagnética
Radiação
electromagnética
Constante de
Planck
h
"Para os crentes Deus está
no princípio das coisas.
Para os cientistas no final
de toda a reflexão. "
Constante de Planck
James Clerk Maxwell (1831-1879)
E ∝ |amplitude|²
E = hν
frequência
Constante de Planck
h
Constante de
Planck
=
Max Karl Ernst
Ludwig Planck
h
2π
Trabalho de
Bohr
“O oposto de uma
verdade é mentira, mas o
oposto de uma verdade
profunda pode muito
bem ser outra verdade
profunda.”
Raio das órbitas
Momento linear
Vector posição
Momento angular
Raio das órbitas
L=n
=
n
=
h
2π
Raio das órbitas
Constante
de Planck
reduzida
Nº natural
Nº atómico
-10mdo
a0 = 0,53 x 10Carga
a
eletrão
Massa do
eletrão
Energia das órbitas
• 1 eV = 1,602 177 33 (49) x 10-19 J;
• Energias negativas devido ao facto de o eletrão
estar num estado de ligação com o protão.
Modelo Atómico de Bohr
• O eletrão gira à volta do núcleo
em órbitas circulares.
• O raio das órbitas não é
aleatório, isto é, não pode
tomar um valor qualquer mas
sim um valor múltiplo do
quadrado de um número
inteiro n, ou seja, é
quantificado; a energia do
eletrão não pode ter um valor
qualquer e também é
quantificada;
Modelo Atómico de Bohr
• Enquanto o eletrão percorre determinada
órbita, não absorve nem emite energia;
Modelo Atómico de Bohr
• Quando o átomo absorve
energia (há excitação) o
eletrão passa para um estado
estacionário de energia
superior;
• Quando o átomo emite
energia (há desexcitação) o
eletrão passa para um nível
de energia inferior.
Trilogia de Niels Bohr
• A trilogia foi publicada em
Philosophical Magazine;
• Este trabalho foi o marco da
“antiga” teoria quântica;
• O modelo de Bohr foi bem
sucedido no ponto de vista
empírico.
Trilogia de Niels Bohr
• “Sobre a constituição de átomos e
moléculas” está dividida em três partes.
• Parte I – “Ligação de eletrões por núcleos
positivos”- explica-nos o átomo de Bohr.
• Parte II – “Sistemas que contêm um só
núcleo”- explora átomos polieletrónicos e
antecipa o conceito de carga atómica
efetiva.
• Parte III – “Sistemas que contêm vários
núcleos”- apresenta a molécula de H2 que
por analogia ao átomo de Bohr deve ser
denominada de molécula de Bohr.
Contribuições de Bohr na evolução do
modelo atómico
• Consegue explicar o espectro descontínuo do átomo
de hidrogénio e de “partículas
hidrogenóides”(catiões mono eletrónicos), através
da quantização de energia do eletrão no átomo.
Limitações do modelo atómico de
Bohr
• Admite que os eletrões descrevem órbitas, contudo é
impossível determinar, simultaneamente e com
exatidão a posição e o momento linear de um eletrão;
Limitações do modelo atómico de
Bohr
• Não consegue explicar os
resultados obtidos para átomos
polieletrónicos, nem o
desdobramento das riscas
espectrais do espetro de
emissão, na presença de um
campo magnético.
Repercussões à teoria de Bohr
•
Rutherford comentou que Bohr não conseguia
explicar como é que os eletrões sabiam a que
frequências deviam vibrar para passarem de um
estado estacionário para outro.
“There appears to me one grave difficulty in your hypothesis, which I
have no doubt you fully realize, namely how does an electron decide what
frequency it is going to vibrate at when it passes from one stationary state
to the other? It seems to me that you have to assume that the electron
knows beforehand where it is going to stop.”E.RUTHERFORD
Repercussões à teoria de Bohr
• A 12 de Setembro de 1913, Bohr fala pela
primeira vez do seu trabalho. Depois dessa
conferência surgiram opiniões bastante
diferentes.
Repercussões à teoria de Bohr
• Por um lado os estudantes da Universidade de
Goettingen estavam extremamente
interessados na sua pesquisa e pediram mais
cópias do seu trabalho.
Repercussões à teoria de Bohr
• Por outro lado, uma parte dos cientistas não
se atrevem sequer a acreditar que Bohr
poderia estar certo, eles acharam a teoria de
Bohr muito atrevida e imaginária.
“Do not dare to believe that they can be objectively
right; they find the assumptions too bold and
fantastic.”D.HIBERT
Repercussões à teoria de Bohr
• A geração mais antiga de físicos não acompanhou os
ideais de Bohr. Muitos não se pronunciaram, ou
pronunciaram com pouco interesse, como foi o caso
de Lord Rayleigh, que depois de analisar o trabalho de
Bohr afirmou que este não lhe servia para nada, não o
desvalorizando, pois este provavelmente iria ter um
fim.
“I have looked at it, but I saw it was no use to me. I do
not say that discoveries may not be made in that sort of
way. I think it is very likely they may be. But it does not suit
me.” L.RAYLEIGH
Repercussões à teoria de Bohr
• J.J.Thomson apenas se pronunciou em 1936, dizendo
que a teoria apenas contribuía para explicar
fenómenos da espectroscopia.
“They have in some departments of spectroscopy changed
chaos into order, and ... were, I think, the most valuable
contributions which quantum theory has ever made to physical
science.” J.J.THOMSON
Repercussões à teoria de Bohr
• O professor Emil Warbug, que fazia parte da
Sociedade de Física de Berlim comentou que a
teoria de Bohr com a constante de Planck
eram a chave para a compreensão do átomo.
“There Bohr has had a stroke of genius , Planck's h proves
to be the key for understanding the atom.” E.WARBUG
Repercussões à teoria de Bohr
• Einstein, quando abordado acerca da teoria de
Bohr fez um balanço positivo.
“This is an enormous achievement. The theory of Bohr
must then be right” A.EINSTEIN
Repercussões à teoria de Bohr
• Mosely acreditava que mesmo se o trabalho
de Bohr estivesse errado, este teve um grande
efeito na descoberta do átomo.
“Your theory is having a splendid effect on Physics, and I
believe when we really know what an atom is, as we must
within a few years, your theory even if wrong in detail will
deserve much of the credit.” H. MOSELEY
Repercussões à teoria de Bohr
• Para Bohr, resposta ao seu trabalho foi
positiva mas este tinha consciência que o seu
trabalho não conseguia explicar tudo e iria ser
algo provisório.
“I think he always had the idea that it was makeshift and
something provisional.”A.LANDÉ
Conclusão
O modelo atómico de Bohr foi uma etapa
importante para que a Ciência tivesse um rumo a
novos estudos, em busca da explicação mais
coerente para o entendimento do átomo.
No entanto não tem um uso especifico para o
nosso dia a dia, foi apenas um modelo transitório,
para que se pudesse evoluir para um novo
modelo atómico, nomeadamente, o modelo da
nuvem eletrónica.
Agradecimentos
Bibliografia
Bohr, Niels Sobre a Constituição de Átomos e Moléculas,
Textos Fundamentais da Física Moderna - II Volume – Portugal Fundação Calouste Gulbenkian – 2001;
Pais, Abraham Niels Bohr’s times, in Physics, Philosophy
and Polity, Oxford University Press – 1991.