Física cuántica y modelo de Bohr
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Autores: Fernanda Velazquez y Hernán Ferrari
Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Física Temática: Modelo
atómico de Bohr. Niveles de energía de los electrones. Espectro
de emisión de los átomos Nivel: Secundario,
ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar
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Propósitos generales
Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
El átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
A comienzos del siglo XX, el físico Niels Bohr se abocó a estudiar la estructura interna del átomo. Bohr postuló que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. En ese caso, los electrones se disponen en diversas órbitas circulares que determinan diferentes niveles de energía.
Objetivo de las actividades
Que los alumnos analicen las diferentes observaciones que llevaron al desarrollo del modelo de átomo hecho por Bohr y cómo este modelo explica, entre otros resultados, los espectros de emisión de luz por parte de diferentes átomos.
Actividad 1
1. Formen grupos de tres alumnos. Cada uno de los integrantes mirará un video diferente de los siguientes enlaces que tratan sobre la teoría de Bohr. Luego, a partir de un debate realizado entre los integrantes del equipo, resuelvan en conjunto el cuestionario.
- Cuestionario:
- a) ¿Cuáles son los elementos que componen un átomo?
- b) Describan brevemente los distintos modelos atómicos previos al modelo de Bohr. ¿Cuáles eran las deficiencias de esos modelos?
- c) ¿Cómo era el modelo de Bohr y a qué sistema estaba asociado?
- d) Describan las fuerzas que estaban involucradas en este modelo atómico y las del modelo planetario de Newton y Kepler.
- e) ¿Qué tipo de órbitas seguirían los electrones del modelo de Bohr al igual que los sistemas planetarios?
- f) ¿Qué suposición sobre las órbitas realizó Bohr para simplificar el sistema planteado?
- g) ¿Por qué este modelo estaba en contra de las leyes de Newton?
- h) ¿Cuál es el modelo del átomo posterior al de Bohr y cuáles son sus diferencias?
2. Con la herramienta Writer de OpenOffice, realicen un informe detallado de lo estudiado que incluya las respuestas al cuestionario.
Actividad 2: Espectros de emisión de los átomos
Bohr modelizó que los electrones en el átomo de hidrógeno podían estar solo en órbitas circulares específicas. En cada órbita, el electrón tiene una energía proporcional a la inversa de un número entero al cuadrado.
1. Calculen las energías para las primeras órbitas considerando valores enteros del 1 al 5 según este modelo.
2. Utilicen el programa Scilab para realizar un gráfico de los niveles de energía del átomo de hidrógeno.
Según Bohr, los electrones del hidrógeno solo pueden estar en las órbitas correspondientes a niveles de energía fijos. Por consiguiente, un electrón puede pasar de una órbita a otra solo si recibe o entrega una cierta cantidad de energía. Cuando eso ocurre, y los electrones pasan de una órbita de mayor a otra de menor energía, la diferencia se emite en forma de luz.
3. Calculen las posibles diferencias entre las energías calculadas en el punto 1 de esta actividad y realicen un segundo gráfico con las diferencias entre los niveles de energía.
La energía emitida es proporcional a la frecuencia de la luz emitida. Sin embargo, cuando se realizan los análisis, se suele trabajar con la longitud de onda (inversamente proporcional a la frecuencia) que se puede relacionar con el color de la luz emitida.
4. Realicen un gráfico con las inversas de las diferencias de energías calculadas en el punto 3 de esta actividad y comparen estas longitudes de onda calculadas con las longitudes de onda de la luz que emiten o absorben los átomos de hidrógeno de la siguiente imagen.
5. Confeccionen un documento utilizando la herramienta Writer de OpenOffice de sus equipos portátiles para compartir con el resto del aula. Incluyan las respuestas al cuestionario de la actividad 1 y los resultados obtenidos en la actividad 2.
Webgrafía recomendada
Modelo atómico de Bohhr. Niveles de energía. Secuencia didáctica de Educ.ar para comprender el concepto de niveles energéticos y distribución electrónica.
Modelos atómicos. Sobre los modelos atómicos, su cronología, resultados experimentales sobre los que se sustentaron y más. Hay un cuadro que resume los distintos modelos y brinda datos sobre los autores, con imágenes y animaciones.
Estructura molecular. Para ampliar la información sobre modelos atómicos, cuantificación de la energía y momento angular, principio de exclusión y gráficos de orbitales.