Bohr, Niels Henrik David (Copenaghen 1885-1962), fisico danese.
Figlio di un professore di fisiologia,
studiò all'Università di Copenaghen, dove si laureò nel 1911. Si recò poi
all'Università di Cambridge per studiare fisica nucleare sotto la guida di
Joseph John Thomson, ma ben presto si trasferì a Manchester dove iniziò a
collaborare con Ernest Rutherford.
La teoria della struttura atomica di Bohr, per la quale fu insignito del premio Nobel per la fisica nel 1922, venne formulata in tre memorie pubblicate tra il 1913 e il 1915. I suoi studi erano basati sul modello atomico di Rutherford, secondo il quale l'atomo è costituito da un nucleo compatto circondato da elettroni, molto più leggeri. Il modello proposto da Bohr prevede che gli elettroni siano disposti intorno al nucleo su orbite stabili, corrispondenti a livelli energetici ben definiti, e che l'emissione o l'assorbimento di radiazione elettromagnetica si verifichi a seguito di transizioni elettroniche tra livelli quantici diversi. Inoltre, le proprietà chimiche dell'atomo sono determinate dal numero di elettroni che occupano il livello energetico più esterno.
Nel 1916 Bohr tornò all'Università di Copenaghen in qualità di professore di fisica, e nel 1920 divenne direttore dell'Istituto di fisica teorica. Qui si dedicò allo studio dei fondamenti della meccanica quantistica, ponendo alla base del suo lavoro il cosiddetto principio di corrispondenza, secondo cui la teoria dei quanti deve fornire gli stessi risultati della fisica classica per sistemi di dimensioni macroscopiche.
Nel 1939, durante una conferenza scientifica tenutasi negli Stati Uniti, Bohr convinse i fisici americani dell'importanza degli esperimenti sulla fissione condotti dagli scienziati tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassman. Successivamente dimostrò che l'isotopo 235 dell'uranio decade per fissione nucleare.
Fece ritorno in Danimarca, ma quando il paese venne occupato dai tedeschi, si rifugiò in Svezia e da qui, con la famiglia, si recò in Inghilterra, per stabilirsi infine negli Stati Uniti, dove collaborò allo sviluppo della bomba atomica a Los Alamos (New Mexico), fino alla prima esplosione di quest'ultima (1945). Si oppose tuttavia al mantenimento del segreto sul progetto, temendo le conseguenze degli sviluppi di questa nuova e inquietante arma, della quale auspicava un controllo a livello internazionale. Nel 1945 Bohr tornò a insegnare all'Università di Copenaghen, dove si impegnò per promuovere lo sfruttamento pacifico dell'energia atomica.
Il modello atomico di Bohr del 1913 fu il primo modello atomico che ben riusciva a descrivere le serie spettrali dell'atomo di idrogeno conosciute (la serie di Balmer del 1885 e di Paschen del 1908), prevedendo al contempo nuove serie identificate in seguito (da Lyman nel 1914, le altre nell'infrarosso dopo il 1920).
Vediamo in breve le ipotesi assunte da Bohr a fondamento del suo modello: per l'elettrone vi sono delle orbite di equilibrio stabili sulle quali non irradia, tali orbite possono essere calcolate assumendo che il momento angolare dell'elettrone sia un multiplo intero di (h/(2*3.14)), le leggi a cui obbedisce l'elettrone nel suo movimento su un'orbita qualunque sono quelle della fisica classica (compresa la legge di attrazione coulombiana) e in ultimo, che la transizione da un' orbita superiore ad un orbita inferiore è accompagnata dall'emissione di radiazione di frequenza
,
con E 2 e E1 si indicano rispettivamente le energie dell'elettrone nell'orbita di partenza e di arrivo, h è il valore della costante di Planck.
Se l'ipotesi presa in prestito dalla teoria del corpo nero di Planck non era nuova, l'idea che un elettrone su un orbita stazionaria non irradia e che le frequenze di emissione erano diverse dalle frequenze di rotazione dell'elettrone intorno al nucleo erano del tutto innovative.
Con semplici calcoli, seguendo le ipotesi di Bohr, si trova che le orbite elettroniche nel caso dell'atomo di idrogeno hanno raggio
dove a 0 raggio della prima orbita vale
Mentre l'energia e la velocità di un elettrone su una particolare orbita sono date rispettivamente da:
Dal calcolo dell'energia, secondo le ipotesi di Bohr è possibile calcolare la frequenza della radiazione emessa, in accordo col principio di Ritz si trova che:
Dove R e c sono i valori della costante di Rydberg e della velocità della luce nel vuoto.
Il modello atomico attuale è il risultato di successivi miglioramenti ottenuti dai fisici grazie alla disponibilità di dati sperimentali sempre piú accurati.
Il modello di Thomson prevedeva che gli elettroni fossero distribuiti in una sfera di carica positiva. Rutherford aveva compreso che la carica positiva era concentrata al centro dell'atomo (nucleo), mentre riteneva che gli elettroni orbitassero nello spazio ad essa circostante. Bohr andò oltre, introducendo il concetto di quantizzazione delle orbite elettroniche. Schrödinger infine rivoluzionò l'idea di orbita elettronica intendendola non piú come la traiettoria fisicamente percorsa dall'elettrone, ma come regione di spazio che possiede la piú alta probabilità di essere occupata dall'elettrone.
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