Concetti Chiave
- Il modello atomico di Bohr risolve i limiti del modello di Rutherford applicando l'ipotesi quantistica di Planck.
- Bohr postula che gli elettroni si muovono su orbite circolari fisse attorno al nucleo, mantenendo energia costante finché non cambiano orbita.
- Le transizioni tra orbite comportano l'assorbimento o l'emissione di quanti di energia, noti come fotoni.
- Il modello di Bohr spiega correttamente lo spettro dell'atomo di idrogeno e degli ioni monoelettronici, ma non funziona per sistemi con più elettroni.
- I numeri quantici indicano i livelli energetici permessi per un elettrone, mantenendo il concetto di livelli atomici quantizzati nel modello attuale.
L'atomo di Bohr
Secondo il modello atomico di Rutherford gli elettroni ruotano attorno al nucleo su orbite ben definite. Dalla teoria elettromagnetica di Maxwell un sistema di cariche in movimento deve irradiare onde elettromagnetiche e quindi perdere energia. Tuttavia, perdendo energia, gli elettroni verrebbero attratti sempre più vicino al nucleo, seguendo una spirale, fino a raggiungerlo. Tale sistema avrebbe una durata estremamente breve (circa 10-11 s).
Nel 1913 Bohr risolse il problema riguardante la teoria atomica di Rutherford applicando l’ipotesi quantistica di Planck. La teoria di Bohr si basa sull’interpretazione degli spettri dell’idrogeno e utilizza le leggi della fisica classica, con restrizioni quantiche derivate dalla teoria di Planck.
Bohr, per un atomo di idrogeno, postulò che:
L’elettrone si muove secondo orbite circolari attorno al nucleo secondo un moto descritto dalla fisica classica;
L’elettrone possiede solo una serie fissa di orbite permesse dette stati stazionari. Le orbite permesse sono quelle in cui certe proprietà dell’elettrone hanno valori univoci. Le orbite corrispondono a gusci sferici ad energia costante;
Finché l’elettrone resta in una determinata orbita (stato stazionario) non cede e non assorbe energia, la quale resta costante;
Un elettrone può passare solo da un’orbita permessa ad un’altra (non può rimanere ad un livello intermedio). In queste transizioni vengono coinvolte quantità fisse di energia, che sono i quanti, i quali vengono o assorbiti o emessi. Sono permesse quindi solamente le orbite che soddisfano la seguente condizione quantica:
L’elettrone nello stato a minor energia si trova nell’orbita più vicina al nucleo (stato fondamentale, n=1);
Le orbite con n>1 sono occupate solo dall’elettrone in uno stato di energia più alta, detto stato eccitato.
La proprietà dell’elettrone di avere solo certi livelli di energia permessi è detta momento angolare. Gli stati permessi dell’elettrone sono numerati, n=1, n=2, n=3 e così via. Questi numeri interi, che derivano dal fatto che per l’elettrone sono possibili solo certi valori ben definiti, sono detti numeri quantici.
In particolare l’elettrone assorbe energia per passare dal suo livello energetico, o stato, ad un livello superiore.
Al contrario, per passare ad uno stato minore, l’elettrone cede energia sotto forma di radiazione.
L’elettrone quindi può assorbire energia (termica, radiante e di altre tipologie) per passare dallo stato fondamentale E0 o da uno stato eccitato Ei ad uno stato di energia superiore Ef.
Le righe dello spettro di emissione derivano dalla transizione dell’elettrone dallo stato eccitato ad energia maggiore (quindi più esterno, con n superiore) allo stato iniziale ad energia minore (più interno, con n minore). In questa transizione l’elettrone cede un fotone di energia pari alla differenza di energia fra lo stato finale e lo stato iniziale.
Quindi l’energia del fotone (Efotone), emesso o assorbito, è pari alla differenza di energia trai due livelli |ΔE|. Si può quindi dire che:
E_fotone=hv e E_fotone=|ΔE| allora |ΔE| 〖=E〗_fotone=hv
In conclusione il modello atomico di Bohr descrive in modo corretto l’atomo di idrogeno e tutti gli ioni monoelettronici, tuttavia non è in grado di prevedere gli spettri di atomi o molecole con più di un elettrone.
L’esistenza di livelli atomici quantizzati verrà mantenuta nel modello atomico attuale.
Domande da interrogazione
- Qual è il problema principale del modello atomico di Rutherford che Bohr ha risolto?
- Quali sono i postulati principali del modello atomico di Bohr per l'atomo di idrogeno?
- Cosa si intende per stati stazionari nel modello di Bohr?
- Come avviene la transizione di un elettrone tra diversi livelli energetici secondo Bohr?
- Qual è la limitazione principale del modello atomico di Bohr?
Bohr ha risolto il problema della perdita di energia degli elettroni in movimento attorno al nucleo, applicando l'ipotesi quantistica di Planck.
Bohr postulò che gli elettroni si muovono su orbite circolari stazionarie, non cedono né assorbono energia in queste orbite, e possono passare solo tra orbite permesse assorbendo o emettendo quanti di energia.
Gli stati stazionari sono orbite permesse in cui l'elettrone non cede né assorbe energia, mantenendo costante la sua energia.
Un elettrone assorbe energia per passare a un livello superiore e cede energia sotto forma di radiazione per passare a un livello inferiore.
Il modello di Bohr descrive correttamente solo l'atomo di idrogeno e gli ioni monoelettronici, ma non può prevedere gli spettri di atomi o molecole con più di un elettrone.
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