Böhr e Sommerfeld: O Salto Quântico

A evolução da física e da química no início do século XX trouxe novas ideias que mudaram para sempre nossa compreensão sobre o átomo.

Com a chegada da teoria quântica, modelos atômicos como os de Bohr e Sommerfeld surgiram para explicar fenômenos que o modelo de Rutherford não conseguia abordar,

como os espectros descontínuos e a estabilidade das órbitas eletrônicas.

1. Espectros descontínuos e a explicação de Bohr

Um dos conceitos mais importantes para entender o modelo de Bohr são os espectros de luz.

O que é um espectro contínuo?

Quando aquecemos um sólido, como um pedaço de ferro ou um filamento de lâmpada, ele emite luz que, ao passar por um prisma, se divide em um espectro contínuo.

Nesse espectro, vemos todas as cores do arco-íris fundindo-se de forma suave, sem interrupções.

Violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja, vermelho.

Isso acontece porque a radiação emitida possui uma gama ininterrupta de comprimentos de onda.

Em outras palavras, o comprimento de uma onda define a sua cor e a luz branca possui todos os comprimentos de onda. Logo, possui todas as cores.

O que é um espectro descontínuo?

Agora, se pegarmos um gás em baixa pressão e aplicarmos energia a ele, por aquecimento ou alta voltagem,

a luz emitida ao passar pelo prisma forma linhas brilhantes separadas por espaços escuros.

Esse é o espectro descontínuo de emissão, e cada linha representa um comprimento de onda específico da luz liberada pelos átomos do gás.

Cada átomo de um elemento químico diferente possuirá seu próprio espectro de emissão, sendo único e diferente de qualquer outro elemento.

2. Como Bohr explicou os espectros descontínuos?

No final do século XIX, cientistas observaram que gases em baixa pressão emitiam espectros descontínuos, mas isso não podia ser explicado pelos modelos clássicos.

Foi então que, em 1913, Niels Bohr utilizou os princípios da teoria quântica de Max Planck para propor um modelo atômico revolucionário.

Bohr sugeriu que os elétrons giravam ao redor do núcleo em órbitas de energias definidas, chamadas de níveis estacionários. Segundo ele:

1️⃣Quando um elétron absorve energia, ele salta para um nível de energia mais alto, mais distante do núcleo.

2️⃣ Ao retornar para um nível de menor energia, o elétron libera essa energia em forma de luz (fótons).

Essa luz tem um comprimento de onda específico, o que explica as linhas nos espectros descontínuos.

Graças a esse modelo, Bohr conseguiu explicar o espectro descontínuo do átomo de hidrogênio,

que apresentava linhas em comprimentos de onda específicos, como as séries de Balmer e Lyman.

3. O modelo de Bohr: Uma revolução quântica

O modelo de Bohr pode ser resumido como a ideia de que os elétrons se movem ao redor do núcleo atômico em órbitas específicas e com energias definidas.

Essas órbitas específicas com energias definidas ficaram conhecidas como níveis estacionários.

Quando um elétron absorve ou emite energia, ele salta entre essas órbitas.

Os postulados de Bohr

1️⃣ Os elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas fixas, chamadas de níveis estacionários, sem emitir ou perder energia.

2️⃣ Cada órbita corresponde a um nível de energia bem definido. Quanto mais distante do núcleo, maior a energia associada ao elétron.

3️⃣ Um elétron só pode ganhar ou perder energia ao saltar de uma órbita para outra.

Esse salto ocorre mediante a absorção ou emissão de um quantum de energia (fóton), cuja energia é igual à diferença entre os níveis.

4️⃣ A energia de um fóton absorvido ou emitido é dada pela equação de Max Planck: E = hν ou, alternativamente, E = hc/λ, onde:

• E é a energia do fóton,
• h é a constante de Planck (6,63 x 10⁻³⁴ J·s),
• ν é a frequência da radiação emitida ou absorvida, que também pode ser expressa como ν = c/λ
• c é a velocidade da luz (3 x 10⁸ m/s) e λ é o comprimento de onda da radiação.

4. Curiosidades

Espectro de absorção e de emissão

No espectro de emissão, os átomos liberam energia ao retornarem de níveis mais altos para níveis mais baixos, formando as linhas brilhantes.

Já no espectro de absorção, átomos absorvem energia de um espectro contínuo, retirando partes específicas da luz.

O resultado é um espectro com linhas escuras no lugar das cores correspondentes à energia absorvida.