Modello atomico di Bohr

Modello atomico di Bohr

La contraddizione del modello atomico planetario di Rutherford venne risolta nel 1913 dal fisico danese Niels Bohr. L'intuizione di Bohr fu semplicissima. Egli postulò 'l'inadeguatezza della elettrodinamica classica a descrivere il compartamento di un sistema di dimensioni atomiche'. Ciò non era altro che l'accettazione di un dato sperimentale, non confutabile e non ancora spiegabile. Preso atto dell'inadeguatezza della elettrodinamica classica, nel descrivere l'atomo di idrogeno fece l'assunzione che 'non vi è emissione di energia quando l'elettrone si trova in una particolare orbita stazionaria', definita da un determinato diametro. L'ipotesi di Bohr si appoggiava sulla recente teoria del 'quanto di azione' di Planck; che, cioé, 'l'irradiazione di energia da un sistema atomico non avviene in maniera continua secondo le leggi dell'elettrodinamica classica, ma, al contrario, avviene in distinte emissioni separate, secondo l'equazione:'

con n = numero intero, h = costante universale (di Plank) pari a ca. 6.63 x 10^-34 joule s, ν = frequenza della radiazione emessa.

In sostanza, l'idea di Bohr era che l'elettrone nel suo moto intorno al nucleo potesse occupare solo particolari orbite stabili che soddisfacessero la relazione:

in cui mvr (m = massa, v = velocità, r = raggio dell'orbita) rappresenta il momento angolare del'elettrone.

Mediante questa relazione, Bohr calcolò il raggio dell'orbita dell'elettrone intorno al protone nell'atomo di idrogeno allo stato fondamentale. Questo valore risultava 0.53 Angstrom.

L'idea che l'energia dell'atomo fosse quantizzata era nata dallo studio degli spettri atomici, cioè della luce (radiazione elettroagnetica) che gli atomi emettono quando vengano 'sollecitati' a farlo. Se applichiamo una differenza di potenziale a due elettrodi in un tubo di vetro contenente idrogeno gassoso a bassa pressione, è possibile esaminare mediante uno spettrografo lo spettro dell'idrogeno, che può essere registrato su una lastra fotografica. La registrazione appare costituita da una serie di righe.

Ciò significa che l'idrogeno è capace di emettere NON una gamma CONTINUA di frequenze (come farebbe invece un corpo incandescente), ma un NUMERO LIMITATO DI DETERMINATE FREQUENZE. Ad ognuna delle righe dello spettro corrisponde una certa energia. La relazione fra Energia e lunghezza d'onda rappresentò un problema di difficile soluzione per i fisici della fine dell'800, finché Max Planck formulò la nota equazione:

o anche:

essendo

Gli atomi possono esistere solo in certi stati caratterizzati da determinate energie e possono passare da uno stato all'altro emettendo o assorbendo una energia pari alla differenza di energia fra i due stati.

L'ipotesi di Planck trovò conferma quando Einstein riuscì a spiegare sulle stesse basi il fenomeno fotoelettrico.