Concetti Chiave
- Nel 1913, Bohr sviluppa una teoria per l'atomo di idrogeno che risolve il problema dell'instabilità atomica, basandosi sull'energia quantizzata di Planck.
- La teoria di Bohr introduce il concetto di stati quantici, dove l'energia dell'elettrone è limitata a valori definiti dal numero quantico n.
- L'emissione e l'assorbimento di energia si verificano quando un elettrone transita tra stati quantici, con la luce che fornisce energia per il passaggio a livelli superiori.
- Bohr calcola l'energia di ionizzazione per atomi con un solo elettrone, mentre la sua teoria non spiega gli spettri di atomi con più elettroni, richiedendo un approccio diverso.
- Sommerfeld amplia la teoria di Bohr introducendo orbite ellittiche, che offrono maggiore stabilità avvicinando l'elettrone al nucleo rispetto alle orbite circolari.
La teoria di Bohr sull'atomo
Nel 1913 Bohr propose una teoria dell’atomo di idrogeno che risolveva il problema dell’atomo instabile.
Egli utilizzo le scoperte sull’energia quantizzata di Plank, il modello di Bhor dell’atomo d’idrogeno prevede un elettrone di massa me che si muove in un orbita circolare ad una distanza r dal nucleo ad una velocità v, esso sarà dotato di un momento angolare pari a mevr che è il prodotto delle tre grandezze, e postulò che il momento angolare è un multiplo intero della costante di Planck diviso 2P.
Energia quantizzata e stati quantici
Quindi l’energia che un elettrone di un atomo di idrogeno può avere è quantizzata ovvero limitata a certi valori, il numero n che determina questi valori è detto numero quantico, quando un elettrone viene rimosso dall’atomo si dice che l’elettrone stesso è eccitato allo stato quantico n = ∞, e quando n si avvicina all’infinito l’energia dell’elettrone è pari a zero, poiché è richiesta energia per rimuovere l’elettrone, quando è legato all’atomo l’elettrone ha un energia inferiore quindi negativa. 
Emissione e assorbimento di energia
L’emissione e l’assorbimento di energia si verifica quando un elettrone passa da uno stato quantico ad un altro, quando un elettrone passa ad uno stato quantico inferiore avviene emissione di energia pari alla differenza delle energie dei due stati, mentre avviene assorbimento quando passa da uno stato quantico maggiore. La luce o il riscaldamento forniscono l’energia per far passare l’elettrone ad un’orbita superiore, l’elettrone cosi eccitato quando ritorna all’orbita con energia inferiore emette energia sotto forma di quanti di luce. Queste emissioni sono responsabili delle differenti tre serie presenti nello spettro.
Serie spettrali e transizioni
1) La serie di Lyman deriva dalla transazione da 2) La serie di Balmer invece dalla transazione da3) La serie di Paschen da Un elettrone eccitato allo stato n = 8 può tornare direttamente a n = 1 ed emettere fotoni nella serie Lyman, oppure passare prima a n = 3 ed emettere luce nella serie di Paschen e poi passare a n =1 ed emettere luce nella serie Lyman e la frequenza di ciascun fotone dipende dalla differenza di energia tra i livelli.
Con questa teoria Bohr può calcolare l’energia di ionizzazione e le linee dello spettro delle specie con un solo elettrone (H, He+, Li2+, ecc.), l’energia dipende dal quadrato della carica sul nucleo atomico.
Limitazioni della teoria di Bohr
Purtroppo però questa teoria spiegava solo gli atomi con un solo elettrone, e non andava bene per gli altri atomi, poiché non c’era accordo tra gli spettri degli altri atomi e la teoria.
L’unico modo per spiegare gli spettri degli altri atomi era considerare che ogni livello di Bohr dopo il primo era un insieme di livelli con differenti energie, infatti due livelli per n=2 tre livelli per n = 3, quattro per n = 4 e così via. Per un dato n ai livelli fu dato loro il simbolo delle lettere di come apparivano negli spettri: s (sharp), p (principal), d (diffuse), f (fundamental).
Contributi di Sommerfeld
Più in là Sommerfeld propose che le orbite potevano essere ellittiche o circolari, e che le orbite ellittiche davano più stabilità poiché riuscivano a portare l’elettrone più vicino al nucleo, infatti risentiranno di una carica attrattiva da parte del nucleo, maggiore delle orbite circolari, infatti man mano che si va dagli elettroni più interni a quelli più esterni le orbite vanno da ellittiche fino a diventare circolari. Sommerfeld sosteneva che gli orbitali s che sono quelli più interni sono più stabili proprio perché hanno forma ellittica.
Domande da interrogazione
- Qual è la principale innovazione della teoria di Bohr sull'atomo di idrogeno?
- Come viene definita l'energia degli elettroni nell'atomo di idrogeno secondo Bohr?
- Cosa avviene durante l'emissione e l'assorbimento di energia da parte degli elettroni?
- Quali sono le tre serie spettrali associate alle transizioni degli elettroni?
- Quali limitazioni presenta la teoria di Bohr?
La teoria di Bohr, proposta nel 1913, risolve il problema dell'atomo instabile introducendo l'idea che l'elettrone si muove in orbite circolari con un momento angolare quantizzato, un multiplo intero della costante di Planck diviso 2π.
L'energia degli elettroni è quantizzata e limitata a certi valori, determinati dal numero quantico n; quando un elettrone è rimosso dall'atomo, si dice che è eccitato allo stato quantico n = ∞, mentre quando è legato all'atomo, la sua energia è negativa.
L'emissione di energia si verifica quando un elettrone passa a uno stato quantico inferiore, mentre l'assorbimento avviene quando passa a uno stato quantico superiore; l'energia necessaria può provenire da luce o riscaldamento.
Le tre serie spettrali sono la serie di Lyman, che deriva da transizioni a n = 1, la serie di Balmer, e la serie di Paschen, che coinvolge transizioni a n = 3 e n = 1.
La teoria di Bohr spiega solo gli atomi con un solo elettrone e non si adatta agli altri atomi; per questi ultimi, è necessario considerare che ogni livello di Bohr dopo il primo è composto da più livelli con energie diverse.
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