Modelo atômico de Niels Böhr

Modelo atômico de Niels Böhr

Niels Henrik David Bohr

Em 1913, Niels Böhr, por meio de pesquisas e análise das teorias da época, como a do efeito Zeeman, do efeito fotoelétrico, das séries espectrais dos elementos químicos e, principalmente, a teoria de Planck, Böhr percebeu que deveria haver alguma relação entre as energias dos elétrons em suas órbitas atômicas e as correspondentes freqüências, conforme sugeria a teoria da radiação de Max Planck.

Por que a luz comum forma o arco-íris ao passar por uma nuvem? Por que certos átomos quando aquecidos, emitem luz de uma só cor, como acontece com as “lâmpadas de sódio” (luz amarela) existentes em nossas estradas?

Böhr propôs a seguinte explicação para estes fenômenos:

“Os elétrons giram ao redor do núcleo em um número limitado de órbitas bem definidas, que são denominadas de órbitas estacionárias, com determinados níveis de energia.

Quando um elétron absorve uma determinada quantidade de energia do exterior (luz, calor ou eletricidade) ele salta para uma órbita (nível) mais energética (estado excitado).

 

Salto do elétron

Ao retornar para a órbita original, o elétron perde energia na forma de ondas eletromagnéticas (luz de cor bem definida).

 

Retorno do elétron

Esses saltos se repetem milhões de vezes por segundo, produzindo assim uma onda eletromagnética, que nada mais é do que uma sucessão de ondas emitidas.

POSTULADOS DE BÖHR

1. A energia radiada não é emitida ou absorvida de maneira contínua, somente quando um elétron passa de uma órbita estacionária para outra diferente ( salto quântico ).
2. Os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas circulares e bem definidas (fixas) que são as órbitas estacionárias. Mais tarde, seriam as chamadas "camadas eletrônicas" (K,L,M,N,O,P e Q).
3. O equilíbrio dinâmico dos sistemas nos estados estacionários se dá pelas leis da mecânica clássica, o que não é verificado quando um elétron passa para um diferente estado estacionário.
4. Ao passar de um estado estacionário para outro, um elétron absorve uma radiação bem definida, que é o quantum, dado pela relação E = h.v , onde v é a freqüência e h é a constante de Planck.

Simplificando, observamos que:

	quando um elétron RECEBE energia, ele salta para uma órbita MAIS EXTERNA. A quantidade de energia absorvida é bem definida ( quantum ) e equivale à diferença energética entre as camadas.
	quando um elétron volta para o seu estado estacionário (órbita mais interna), ele LIBERA ou IRRADIA energia sob a forma de raio X, ultravioleta ou luz, que seria o fóton. Essa energia também é muito bem definida ( quantum ).
	Cuidado com os conceitos de ELÉTRON ESTACIONÁRIO ( girando em sua órbita normal, em seu estado estacionário ) e ELÉTRON ATIVADO ou EXCITADO ( aquele que saltou para um nível mais externo pela absorção de energia ).

APLICAÇÕES DO MODELO DE BOHR

-Teste da chama

Teste da chama com CuSO₄: uma das mais importantes propriedades dos elétrons é que suas energias são "quantizadas",ou seja, um elétron ocupa sempre um nível energético bem definido e não um valor qualquer de energia. Se no entanto um elétron for submetido a um fonte de enrgia adequada (calor, luz, etc.), pode sofrer uma mudança de um nível mais baixo para outro de energia mais alto (excitação). O estado excitado é um estado meta-estável (de curtíssima duração) e, portanto, o elétron retorna imediatamente ao seu estado fundamental. A energia ganha durante a excitação é então emitida na forma de radiação visível do espectro eletromagnético que o olho humano é capaz de detectar ou não. Como o elemento emite uma radiação característica, ela pode ser usada como método analítico

-Fogos de artificio

 

FOGOS DE ARTIFÍCIO: Os fogos de artifício modernos empregam perclorato, substâncias orgânicas como amido ou açúcar, produtos do petróleo e pequenas quantidades de metais para dar cor. O funcionamento fundamenta-se na excitação dos elétrons que, ao retornarem a sua órbita original, emitem luz com cores diferentes. Aqui, uma exibição de fogos de artifício na cidade de Nova York.

-Luminosos e lâmpadas (neônio e lâmpadas de vapor de Na ou Hg)

 

LUMINOSOS: A imagem mostra como brilham as luzes de néon na noite de Las Vegas (EUA). As lâmpadas de néon são usadas na arte, na publicidade e até em balizas de aviação. Para fabricá-las, enche-se com gás néon, a baixa pressão, tubos de vidro dos quais todo o ar foi retirado. Ao aplicar eletricidade, uma corrente flui através do gás entre os dois eletrodos fechados dentro do tubo. O néon forma uma banda luminosa entre os dois eletrodos. (Neônio – luz vermelha, Argônio – luz azul, Neônio + gás carbônico – luz violeta).

-Fluorescência e Fosforescência: Luminescência é a emissão de luz causada por certos materiais que absorvem energia e podem emiti-la em forma de luz visível. Se o intervalo entre absorção e emissão é curto (ocorre imediatamente), o processo se denomina fluorescência; quando o intervalo é longo (ocorre em alguns segundos ou algumas horas),fosforescência. As telas das televisões são recobertas por materiais fluorescentes, que brilham ao serem estimulados por um raio catódico. A fotoluminescência se produz quando determinados materiais são irradiados com luz visível ou ultravioleta.

Fluorescência se define como as propriedades das substâncias de adquirirem luminescência ao serem submetidas aos raios ultravioletas, ou seja, quando são iluminadas.

O melhor exemplo prático da aplicação da fluorescência é a sinalização de trânsito, você já reparou que nas rodovias existem placas que se iluminam quando os faróis do carro vão de encontro a elas. Este efeito permite visualizarmos o que está escrito nas placas, imagine se não existisse esta propriedade? Como as placas seriam lidas à noite?  Mas quais substâncias são responsáveis por este fenômeno químico? O Tetracianoplatinato de Bário e Sulfeto de Zinco (ZnS). A excitação dos elétrons produz energia capaz de gerar luz.

Os interruptores feitos com material fosforescente são visíveis no escuro graças ao retorno gradual dos elétrons excitados.

Fosforescência é observada quando uma substância possui luminescência própria, por exemplo, os mostradores de relógio

-Raio Laser

O raio laser é um tipo de radiação eletromagnética visível ao olho humano. O laser hoje é muito aplicado como, por exemplo, nas cirurgias médicas, em pesquisas científicas, na holografia, nos leitores de CD e DVD como também no laser pointer utilizado para apresentação de slides. Na indústria o laser de dióxido de carbono tem sido muito utilizado, pois possibilita um processo rápido de corte e solda de materiais

-Bioluminescência: a luz dos vaga-lumes.

O vaga-lume é um inseto coleóptero que possui emissões luminosas devido aos órgãos fosforescentes localizados na parte inferior do abdômen. Essas emissões luminosas são chamadas de bioluminescência e acontecem devido a reações químicas onde a luciferina é oxidada pelo oxigênio nuclear produzindo oxiluciferina que perde energia fazendo com que o inseto emita luz. Na reação química, cerca de 95% aproximadamente da energia produzida transforma-se em luz e somente 5% aproximadamente se transforma em calor. O tecido que emite a luz é ligado na traquéia e no cérebro dando ao inseto total controle sobre sua luz.

ELETROSFERA

As idéias estabelecidas por Böhr contribuíram para estabelecer que no moderno modelo atômico, os elétrons devem se distribuir na eletrosfera do átomo em determinados níveis de energia (n), sendo conhecidos atualmente 7 níveis de energia (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) ou, ainda, 7 camadas eletrônicas (K, L, M, N, O, P, Q).

Em cada camada ou nível de energia existe um número máximo de elétrons determinado experimentalmente.

A seguir temos os níveis (camadas) e o número máximo de elétrons permitidos para os atuais elementos:

Camada	Nível de energia (n)	Número máximo de elétrons
K	1	2
L	2	8
M	3	18
N	4	32
O	5	32
P	6	18
Q	7	8