Os 100 anos do átomo de Bohr

Abstract

Há cem anos o físico dinamarquês Niels Bohr publicava um dos mais importantes trabalhos da física do século vinte. Nesse trabalho Bohr apresentava um modelo doátomo construído a partir de fatos experimentais e da hipótese de quantização de energia de Max Planck. Embora o modelo de Bohr e a sua extensão devida a Sommerfeld tenham sido suplantados pelas mecânicas quânticas de Heisenberg e Schrödinger, o modelo de Bohr, para muitos estudantes, aindaé a porta de entrada para o mundo fascinante da estrutura interna da matéria. Neste trabalho, revisamos alguns aspectos do modelo de Bohr e sua relevância pedagógica. Palavras-chave: Niels Bohr,átomo de Bohr, mecânica quântica.A hundred years ago the Danish physicist Niels Bohr published one of the most important papers of the 20th century physics. In that paper, Bohr introduced a model for a one-electron atom built on experimental facts and Planck's hypothesis of the quantization of energy. Although Bohr's model was replaced by the new quantum mechanics due to Heisenberg, Schrödinger, and other important physicists of that period, even today it is the usual entrance door to the fascinating world of the internal structure of the matter. We revise the main features of Bohr's model and discuss its pedagogical relevance. Keywords: Niels Bohr, Bohr atom, quantum mechanics. IntroduçãoHá cem anos o físico dinamarquês Niels Bohr publicava um dos mais importantes trabalhos da física do século 20, On the Constitution of Atoms and Molecules [1], no qual pela primeira vez um modelo doátomo construído a partir de fatos experimentais e da hipótese de quantizaçãode energia de Max Planck era apresentado. Embora o modelo de Bohr e a sua extensão, que se deve principalmente a Sommerfeld, tenham sido suplantados pelas mecânicas quânticas de Heisenberg e Schrödin-ger, para muitos estudantes ele aindaé a porta de entrada para o mundo fascinante da estrutura interna da matéria. No presente trabalho revisamos alguns aspectos do modelo de Bohr e discutimos sua importância pedagógica. Nos dois apêndices que acompanham o texto principal, detalhes de cálculo sobre o tempo de vida de umátomo clássico e do uso do princípio da correspondência para completar um detalhe importante da abordagem de Bohr são apresentados. O experimento de Rutherford, o modelo de Thomson e o problema da estabilidadeEntre 1909 e 1911, Ernest Rutherford e seus colaboradores, Ernest Mardsen (1889-1970) e Hans Geiger (1882-1945, realizaram uma série de experimentos envolvendo o espalhamento de partículas α, núcleos de hélio formados por dois prótons e dois nêutrons ou He ++ , porátomos de ouro, Au 79 197 . Osátomos de ouro formavam uma lâmina 1 muito fina de 8, 6 × 10 −6 cm sobre a qual eram disparadas as partículas α emitidas por uma fonte radioativa (átomos de polônio). As partículas espalhadas provocavam cintilações sobre uma tela coberta por sulfeto de zinco. As cintilações eram observadas por Marsden e Geiger com um microscópio. Todo o experimento era realizado na mais completa escuridão. A análise dos resultados experi...

A 3ª lei de Kepler e o átomo de hidrogênio de Bohr

“…Em 1900, ao estudar a radiação de corpo negro e diante da "catástrofe do ultravioleta", Max Planck (1858-1947), para conciliar a teoria com dados experimentais, propôs que as trocas de energia entre um sistema de osciladores em equilíbrio termodinâmico e uma fonte de calor seriam quantizadas ou discretas -a chamada hipótese de quantização (Parente, Santos e Tort, 2013;Young e Freedman, 2009). A espectroscopia, técnica para medir o espectro da luz emitida por uma fonte (Young e Freedman, 2009), reforçava a ideia de que as mudanças dos estados de energia dos átomos estavam relacionadas com o comprimento de onda e, consequentemente, com a frequência, que por sua vez estava associada às linhas espectrais de absorção e emissão, linhas essas que são discretas (Parente, Santos e Tort, 2013). As séries espectroscópicas de Pfund, Brackett, Paschen, Balmer e Lyman descreviam as linhas no espectro do hidrogênio, mas não explicavam a fenomenologia, que só veio a ser explicada por Niels Bohr (Eisberg e Resnick, 1979).…”

Um Jogo Sério para Suportar o Aprendizado do Modelo Atômico de Bohr

“…A física moderna teve avanços significativos com Niels Bohr em sua publicação considerada um dos trabalhos mais importantes do século XX, no qual ele apresentou pela primeira vez um modelo do átomo construído a partir de fatos experimentais e da hipótese de quantização de energia de Max Planck (Parente et al, 2013). Bohr postulou que (Peruzzo & Canto, 2015):…”

O átomo de Bohr no Ensino Médio

“…A abordagem canonizada dos textos modernos no nível universitário, veja por exemplo, a Ref. [7], segue um caminho alternativo ao escolhido por Bohr originalmente [5]. Nessas abordagens, a quantização do momento angularé introduzida como um postulado e este fato, como comentaremos mais adiante, pode tornarse um problema sério quando queremos introduzir o modelo de Bohr no Ensino Médio.…”

“…Este modo de apresentar o modelo de Bohré perfeitamente válido e pedagogicamente mais apropriado no ensino básico universitário das diversas engenharias e cursos de física, matemática, química e das ciências da Terra. Mas tenhamos em mente que ao seguir esta abordagem estamos procedendo de modo inverso ao procedimento originalmente adotado por Bohr [5]. Convém mencionar queé possível substituir o postulado da quantização do momento angular pela introdução do conceito da dualidade e do comprimento de onda de de Broglie [10].…”