Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/025/13
México, D.F., 21 de enero de 2013

• El físico danés propuso en 1913 el primer modelo atómico que incorporó los planteamientos de la mecánica cuántica
• Hoy día, el modelo que usamos para describir al átomo no es el creado por Bohr, pero permitió que se construyera el actual

Niels Henrik David Bohr (1885-1962).
Foto: Fundación Nobel, c. 1922

En 1913, la prestigiosa revista inglesa Philosophical Magazine publicó el extenso estudio de un joven físico danés llamado Niels Bohr sobre la estructura y las propiedades del átomo. Para entonces, el descubrimiento de las partículas subatómicas (el protón, el electrón y el neutrón) había terminado con la noción del átomo como una esfera homogénea e indivisible, y se le representaba ahora como un núcleo central masivo con una nube de electrones girando a su alrededor, parecido al modo en que los planetas giran en torno al Sol, solo que en miniatura.

Este modelo (al igual que los que le antecedieron) fue la base para el entendimiento de la naturaleza del átomo, pero aún tenía inconsistencias. Al detectar que este “modelo planetario” tenía problemas, Bohr encontró la manera de “darles la vuelta”, comenta el doctor en física José Jiménez Mier y Terán del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

De acuerdo con la física clásica –explica el también miembro de la Academia Mexicana de Ciencias- si el modelo atómico (planetario) fuera correcto, los electrones emitirían radiación al girar alrededor del núcleo porque son partículas cargadas eléctricamente. La emisión de radiación haría que, al pasar del tiempo, los electrones ‘cayeran’ en espiral, al tiempo que perderían energía, y colapsarían finalmente con el núcleo. Los átomos serían por naturaleza inestables, cosa que en realidad no sucede.

Bohr retomó el modelo planetario y lo modificó: en éste, solo se permitirían órbitas con ciertos radios, en las cuales, la fuerza mecánica que jala hacia afuera a los electrones durante la rotación, se equiparía con la fuerza de atracción electrostática entre las partículas del núcleo y el electrón. Además, si un electrón se encontrase en una órbita permitida, no irradiaría energía y, por lo tanto, no caería en espiral hacia el núcleo. Este electrón se encontraría así en un estado estacionario, cuenta Jiménez.

Otro aspecto que Bohr incluyó fueron los saltos cuánticos, en los que un electrón solo absorbe o emite radiación cuando ‘brinca’ de un estado permitido de energía a otro (es decir, de una órbita a otra), “además da una relación cuantitativa: él propone que la frecuencia (o el color) de la radiación que absorbe o emite un átomo, está directamente relacionada con la diferencia de energías entre los niveles del salto, idea que usamos constantemente en los laboratorios del mundo”, comenta Jiménez.

El modelo atómico de Bohr permitió hacer varias predicciones. Una de ellas tuvo que ver con la luz que emiten los objetos calientes, pues el calor hace ‘brincar’ a los electrones de su órbita, hacia otras con niveles más energéticos. Por ejemplo, propuso que la luz que emite el ardiente Sol y otras estrellas, se debe a que están compuestas por cierto elemento químico que ha perdido sus electrones, y que debía parecerse al hidrógeno. Esta predicción fue completamente comprobada.

Un problema del modelo de Bohr era que “solo se puede aplicar a átomos que tienen un electrón (como únicamente ocurre con los de hidrógeno); en el momento en el que se quiere hacer algo similar para átomos de más de un electrón, el modelo ya no funciona”.

A partir de esto y con los nuevos conocimientos que emanaron de una mecánica cuántica más desarrollada, otros físicos se encargaron de proponer modelos más congruentes con lo que observaban y calculaban en su laboratorio. “Todos ellos son gigantes que se montan en los hombros del gigante Bohr para ir todavía más lejos”, como el austríaco Erwin Schrödinger, cuyo modelo atómico prevalece hasta ahora, y en el cual se concibe a los componentes atómicos con una doble personalidad onda-partícula.

Celebremos los nuevos átomos

Este año se cumple un centenario del modelo atómico que Bohr propusiera en aquel artículo, en el cual atajaba varios problemas de su predecesor mediante la novedosa incorporación de la entonces naciente mecánica cuántica, la teoría que explica el comportamiento de la materia y la energía.

Las aportaciones de Niels Bohr fueron tan brillantes, que no solo le valieron el Premio Nobel de Física de 1922, sino que aún son vigentes en algunos aspectos.

Al doctor Jiménez le parecen tan visionarias las ideas de Bohr que considera su trabajo como el tercer cimiento de la mecánica cuántica, “yo diría que al mismo nivel que la contribución de Albert Einstein y de Max Planck”. Y continúa: “Bohr es un revolucionario al igual que muchos otros científicos. Yo creo definitivamente que debemos festejarlo, y hay que hacerlo en su justa dimensión”.

El doctor José Jiménez explica que parte del legado de Bohr incluye la creación del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, “el hervidero donde se juntaron las mentes más brillantes de la física del siglo XX” y donde se propició un ambiente de fructíferas discusiones acerca de las investigaciones que se realizaban en torno a la nueva física, añade.

Niels Bohr es una figura muy importante del siglo XX, pues “no solo fue un extraordinario científico, y en su etapa joven brillantísimo, sino que en su edad madura, usó su prestigio para propiciar el desarrollo de la ciencia”.

Alrededor del mundo, varios centros de investigación ya comenzaron los preparativos para celebrar el centenario del modelo atómico de Bohr.

Alejandra Monsiváis Molina