UNIVERSIDAD TECNICA ESTATAL DE QUEVEDO

UNIDAD DE ADMISION Y NIVELACION

PARALELO V5

PROYECTO AULA DE QUIMICA

TEMA:

APORTES QUE OTORGO A LA QUIMICA EL CIENTIFICO BOHR NIELS

TUTORA:

ING. ACELA BAQUERIZO

ESTUDIANTE:

JOSE AUQUI CEPEDA

2015

Tabla de contenidoINTRODUCCION................................................................................................3

PROBLEMÁTICA................................................................................................4

OBJETIVO GENERAL........................................................................................5

OBJETIVO ESPECIFICOS..............................................................................5

JUSTIFICACION.................................................................................................6

MARCO TEORIO................................................................................................7

BIOGRAFIA.....................................................................................................7

INVESTIGACIONES CIENTIFICAS.................................................................8

DEBATE CON ALBERT EINSTEIN.................................................................8

OBRAS Y RECONOCIMIENTOS..................................................................11

EXILIO FORZOSO........................................................................................12

MODELO ATOMICO DE BORH....................................................................12

CONCLUSIONES..............................................................................................17

RECOMENDACIONES.....................................................................................18

LINKOGRAFIA..................................................................................................19

ANEXOS...........................................................................................................20

INTRODUCCION

Basándose en las teorías de Rutherford el científico danés Niel Bohr, publico su modelo atómico conocido como “modelo atómico de Bohr” introduciendo la teoría de la orbitas cuantificadas, que en la teoría mecánica cuántica consiste en las características que, en torno al núcleo atómico, el número de electrones en cada orbita aumenta desde el interior hacia el exterior.

En 1922 recibió el premio nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación.

En 1933 propuso la hipótesis la gota liquida, teoría que permitía explicar las desintegraciones nucleares y en concreto la gran capacidad de fisión del isotopo de uranio 235.

Bohr fue autor de varios libros de divulgación y reflexión como la teoría atómica y la descripción de los fenómenos.

PROBLEMÁTICA

Hoy en día no conocemos los grandes aportes que hizo el científico danés Niels Bohr, sus grandes esfuerzos y teorías aportaron un gran avance a la química, debemos tomar en cuenta que su labor fue siempre en mantener la paz.

OBJETIVO GENERAL

Relatar los aportes que hizo a la química el científico Bohr mediante esta investigación para el aprendizaje de los estudiantes del V5.

OBJETIVO ESPECIFICOS

Investigar la biografía del científico Bohr.Analizar la conversación que tuvo con Albert Einstein.Examinar el modelo atómico de Bohr.

JUSTIFICACION

La importancia de este proyecto considera los grandes aportes que hizo el científico Niels Bohr para el aprendizaje de los estudiantes, considerando sus investigaciones.

Los estudiantes de hoy en día no consideran los aportes científicos que han ayudado para el avance tecnológico

MARCO TEORIO

BIOGRAFIAhttps://es.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr

Niels Henrik David Bohr (Copenhague, 7 de octubre de 1885-ibíd. 18 de noviembre de 1962) fue un físico danés que realizó contribuciones fundamentales para la comprensión de la estructura del átomo y la mecánica cuántica, ganó el Premio Nobel de física en 1922.

Nació en Copenhague, hijo de Christian Bohr, un devoto luterano y catedrático de Fisiología en la Universidad de la ciudad, y Ellen Adler, miembro de una adinerada familia judía de gran importancia en la banca danesa y en los «círculos del Parlamento». Tras doctorarse en la Universidad de Copenhague en 1911, e intentar la ampliación de estudios en el Cavendish Laboratory deCambridge con el químico Joseph John Thomson, descubridor del electrón (el tema de la tesis doctoral de Bohr) y premio Nobel 1906, quien no mostró un gran interés en el joven Bohr, completó sus estudios en Mánchester, teniendo como maestro a Ernest Rutherford, con el que estableció una duradera relación científica y amistosa.

En 1916, Niels Bohr comenzó a ejercer como profesor de física teórica en la Universidad de Copenhague, consiguiendo los fondos para crear el Instituto Nórdico de Física Teórica, que dirigió desde 1920 hasta su fallecimiento.

En 1943, con la Segunda Guerra Mundial en pleno apogeo, Bohr escapó a Suecia para evitar su arresto por parte de la policía alemana, viajando posteriormente a Londres. Una vez a salvo, apoyó los intentos angloamericanos para desarrollar armas atómicas, en la creencia de que la bomba alemana era inminente, y trabajó para ello en el Proyecto Manhattan de Álamos, Nuevo (EE. UU.).

Después de la guerra, abogando por los usos pacíficos de la energía nuclear, retornó a Copenhague, ciudad en la que residió hasta su fallecimiento en 1962.

Su hermano menor, Harald Bohr (1887-1951), fue igualmente un reconocido matemático, además de futbolista olímpico. El propio Niels Bohr fue portero durante una temporada (1905) del Akademisk Boldklub, y según relato de Nils Refsdal [*], su retiro fue provocado porque en un partido contra un equipo alemán no pudo salvar un gol fácil, según el, porque estaba pensando en la solución de un problema matemático.

El hijo de Niels, Aage Niels Bohr (1922-2009) siguió sus pasos, se formó en el instituto que dirigía su padre, le sustituyó en la dirección (1963-1970), y obtuvo igualmente el premio Nobel de Física, en 1975

INVESTIGACIONES CIENTIFICAS(WIKIPEDIA, 17)

Basándose en las teorías de Rutherford (átomo de Rutherford) publicó su modelo atómico (Modelo atómico de Bohr) en 1913, introduciendo la teoría de las órbitas cuantificadas, que en la teoría mecánica cuántica consiste en las características que, en torno al núcleo atómico, el número de electrones en cada órbita aumenta desde el interior hacia el exterior.

En su modelo, además, los electrones podían caer (pasar de una órbita a otra) desde un orbital exterior a otro interior, emitiendo un fotón de energía discreta, hecho sobre el que se sustenta la mecánica cuántica.

En 1922 recibió el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación. Numerosos físicos, basándose en este principio, concluyeron que la luz presentaba una dualidad onda-partícula mostrando propiedades mutuamente excluyentes según el caso.

En 1933 Bohr propuso la hipótesis de la gota líquida, teoría que permitía explicar las desintegraciones nucleares y en concreto la gran capacidad de fisión del isótopo de uranio 235.

DEBATE CON ALBERT EINSTEIN (GONZALES-ESTEBAN)

Iniciamos esta serie de Hablando de… con el ácido sulfúrico, sintetizado por primera vez por Geber, cuyas ideas inspiraron la búsqueda en la Edad Media de la piedra filosofal por los alquimistas, el más grande de los cuales fue Paracelso, que eligió ese nombre para compararse con Celso, que se pensaba era un médico romano pero realmente era un tratadista que escribió una de las primeras grandes enciclopedias, la mayor de las cuáles es el Siku Quanshu, que contiene tesoros científicos, literarios y filosóficos como los tres textos clásicos del Taoísmo Filosófico, que tenía un concepto de la realidad muy diferente del occidental hasta la llegada de la “realidad cuántica”, puesta en cuestión por algunos físicos, que se enzarzaron en interesantes debates como las discusiones entre Einstein y Bohr._ Pero hablando de las discusiones entre Einstein y Bohr…_

A pesar de que él mismo había establecido algunos de los fundamentos físicos que más adelante construirían la mecánica cuántica (como el concepto de fotón), la teoría cuántica nunca gustó a Albert Einstein - todo lo que dijimos en el artículo anterior de esta serie acerca del desmoronamiento de la realidad objetiva disgustaba al ilustre físico profundamente. Para él, debía existir una

realidad objetiva que la mecánica cuántica no podía describir por limitaciones de la propia teoría, y no por la naturaleza del Universo.

Probablemente has leído algunas de las citas de Einstein contra la cuántica, como la que suele expresarse como “Dios no juega a los dados”. Einstein era bueno creando frases citables, pero no el único - es posible que no conozcas la respuesta de Niels Bohr, “Einstein, deja de decir a Dios lo que hacer [a veces se añade:] con sus dados.”

Porque Einstein mantuvo una interesantísima discusión durante años con los físicos que defendían la mecánica cuántica y, en particular, la Interpretación de Copenhague de esta teoría. Piensa en la situación: Einstein contra las mentes de Bohr, Heisenberg, Born, von Neumann…es una lucha de titanes.

La mayor parte de las discusiones se producían de la siguiente manera: Einstein inventaba un experimento mental que, en su opinión, demostraba que la mecánica cuántica no funcionaba, por ejemplo, rompiendo el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Las ideas de Einstein, como casi siempre, eran elegantes, agudas y muy creativas (de hecho, pocos de sus “oponentes” podían encontrar fallos en sus argumentos). Solía escribir a Bohr (por ser el más cercano a él personalmente), y el genial danés le contestaba rompiendo su argumento en algún punto.

Al principio, Einstein se centró en atacar el Principio de Incertidumbre, que dice que es imposible medir simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula, o lo que es lo mismo, su energía y el instante en el que se mide. Este principio es fundamental en la cuántica, pues es el que hace que la realidad sea “borrosa” debido a la influencia de la medición.

Por ejemplo, uno de sus experimentos mentales era el siguiente: supongamos que tengo una caja que contiene radiación electromagnética (fotones) y un reloj conectado a una pequeña compuerta en la pared de la caja. Puedo abrir y cerrar la puerta en un intervalo de tiempo muy corto, de manera que de la caja salga únicamente un fotón, y el reloj puede marcar el instante en el que el fotón sale de la caja.

Pero, ¿cómo sé qué energía tiene ese fotón? Aquí es donde el genio de Einstein se pone de manifiesto, al utilizar su propia Teoría de la Relatividad Especial para hacerlo sin, aparentemente, perturbar al fotón de ninguna manera: puesto que la energía y la masa son dos caras de la misma moneda, si sé la masa de la caja antes y después de que salga el fotón, la pérdida de masa de la caja se corresponderá, según la fórmula E = mc2, con la energía del fotón que ha salido, y podré conocer su energía y el instante de tiempo con precisión arbitraria. Ergo, el principio de incertidumbre no es absoluto.

Einstein propuso ese argumento en el Congreso de Solvay de 1930, y los cuánticos no podían encontrar el fallo de su argumento. Bohr en particular estaba muy agitado y nervioso, yendo de físico a físico tratando de convencerlos de que era imposible que Einstein tuviera razón, que debía haber algún fallo que no podían ver.

Según Leon Rosenfeld, otro físico del Congreso, Einstein y Bohr dejaron el edificio juntos: Einstein muy calmado, con una leve sonrisa irónica en los labios, y Bohr trotando a su lado lleno de excitación y bullendo con ideas. Observa cómo, en la hora en la que parecía que uno de ellos derrotaría al otro, ambos se iban juntos, y su relación no dejaba de ser muy cordial.

Sin embargo, la mañana siguiente vio el triunfo, una vez más, de Bohr, y si has leído y entendido el artículo anterior puede que tú mismo hayas visto un par de fallos en el razonamiento de Einstein: en primer lugar, ¿cómo medimos la masa de la caja? Tenemos que utilizar algún instrumento, por ejemplo, una balanza. Si la caja cuelga de un muelle, podemos medir cuánto se alarga el muelle y así saber la masa de la caja…

Pero no podemos medir el alargamiento del muelle sin alterarlo de alguna manera, de modo que oscile, con lo que no podemos saber la masa con precisión absoluta. De hecho, combinando esta imprecisión con la del cierre de la puerta (que no puede ser instantáneo), se obtiene…la fórmula del Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Una vez más, Einstein se veía derrotado.

Pero nunca dejó de luchar contra lo que, para él, era abandonar la búsqueda de una verdad absoluta en la Naturaleza. Una vez se dio cuenta de que los principios cuánticos no eran atacables, pasó a argumentar que la teoría parecía indicar que no había una realidad absoluta porque era incompleta. Había variables ocultas que la teoría no consideraba porque no las conocemos pero, si se descubrieran e incluyeran, demostrarían que hay una realidad absoluta y cognoscible.

En una última etapa, Einstein publicó un artículo junto con Boris Podolski y Nathan Rosen, elargumento EPR, que demostraba que una teoría cuántica debía ser no local, es decir, todo está relacionado instantáneamente. El argumento, a grandes rasgos, era el siguiente:

Si tengo dos fotones que se encuentran en estados cuánticos entrelazados (es decir, no es posible saber cuál es el estado del primero sin saber el del segundo) y los llevo a lugares diferentes, medir el estado del primer fotón necesariamente determina cuál es el estado del segundo. Supongamos que el primer fotón puede estar en el estado A o el estado B, y el segundo fotón necesariamente está en el estado contrario.

Entonces, si en un momento dado mido el estado del primer fotón y resulta ser B, instantáneamenteel estado del segundo se convierte en A. Si suponemos que los estados de los fotones eran fijos y estaban determinados desde el principio, pero que no podíamos conocerlos porque la teoría cuántica es incompleta (como afirmaba Einstein), no hay problema: no hay nada que se haya transmitido de un fotón al otro instantáneamente; simplemente, no sabíamos el estado y ahora sí, pero el estado era el mismo.

Pero si el estado del fotón, como afirma la “realidad cuántica”, realmente se convierte en el estado B, eso quiere decir que hay “algo” que viaja desde el primer fotón al segundo de forma instantánea. En palabras de Einstein, una “acción fantasmal a distancia” que haría que la realidad no fuera local: es decir, que las cosas afectaran a otras cosas instantáneamente, de modo que la única manera de “ver” el Universo como es sería verlo en su totalidad, no sólo una parte, porque cualquier parte del Universo puede afectar a cualquier otra parte de forma instantánea, lo cual era absolutamente inaceptable para él.

Cinco meses después de la publicación de la “paradoja EPR”, Bohr respondió en la misma publicación, pero su respuesta no es demasiado brillante ni derrota al argumento de Einstein que, una vez más, es de una agudeza extraordinaria. (Ni siquiera vamos a poner aquí la respuesta de Bohr, porque no es muy interesante). ¿Significa esto que, al final, Einstein gana la batalla y demuestra que la cuántica es incompleta? Pues no.

Los experimentos realizados desde entonces han demostrado que la “acción fantasmal a distancia”existe realmente, con lo que el argumento de Einstein, una vez más, no puede derrotar a la mecánica cuántica. Aunque aún hay diferencias en la interpretación de la teoría, la opinión prevalente es que, efectivamente, la realidad no es local ni absoluta - por supuesto, es posible que teorías futuras expliquen por qué nos parece así y que, al final, Einstein tenga razón y haya factores que aún no estamos teniendo en cuenta.

En cualquier caso, esa etapa (los 20-30 años durante los cuales tuvieron lugar los debates) es fascinante: las mentes de tantos genios en un duelo de esgrima mental de argumentos y contra-argumentos, de los cuales sólo hemos dado, por supuesto, pequeñas pinceladas…

Las figuras más importantes, desde luego, fueron Einstein y Bohr, pero piensa en los actores “secundarios”: Heisenberg, Ehrenfest, Schrödinger, Born, von Neumann… algunos no tan conocidos por la gente en general, pero no por ello menos geniales; por ejemplo, John von Neumann, un personaje fascinante al que hemos mencionado en El Tamiz en ocasiones anteriores.

Pero hablando de von Neumann…

OBRAS Y RECONOCIMIENTOS(WIKIPEDIA, 17)

Fue autor de varios libros de divulgación y reflexión, entre ellos Teoría de los espectros y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958). En 1970 la editorial Aguilar publicó en español la recopilación Nuevos ensayos sobre física atómica y conocimiento humano 1958-1962.

Bohr fue galardonado en 1922 con el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación, y en 1926 con la Medalla Franklin de Física. También fue el primero en recibir, en 1958, el premio Átomos para la Paz.

El elemento químico bohrio se denominó así en su honor, al igual que el asteroide 3948 Bohr descubierto por Poul Jensen el 15 de septiembre de 1985.

EXILIO FORZOSO(GONZALES-ESTEBAN)

Uno de los más famosos estudiantes de Bohr fue Werner Heisenberg, que se convirtió en líder del proyecto alemán de bomba atómica. Al comenzar la ocupación nazi de Dinamarca, Bohr, que había sido bautizado en la Iglesia Cristiana, permaneció allí a pesar de que su madre era judía. En 1941 Bohr recibió la visita de Heisenberg en Copenhague, sin embargo no llegó a comprender su postura; Heisenberg y la mayoría de los físicos alemanes estaban a favor de impedir la producción de la bomba atómica para usos militares, aunque deseaban investigar las posibilidades de la tecnología nuclear.

La obra Copenhagen, escrita por Michael Frayn y representada durante un tiempo en Broadway, versaba sobre lo que pudo ocurrir en el encuentro que mantuvieron Bohr y Heisenberg en 1941. En 2002 apareció la versión cinematográfica del libro, dirigida por Howard Davies.

En septiembre de 1943, para evitar que lo detuviera la policía alemana, Bohr se vio obligado a irse a Suecia, desde donde viajó al mes siguiente a Londres, para finalmente dirigirse a Estados Unidos en diciembre. Allí participó en la construcción de las primeras bombas atómicas. Volvió a Dinamarca en 1945.

Después de la guerra, se convirtió en un apasionado defensor del desarme nuclear. Pronunció las conferencias Gifford, en los cursos 1948-1950, sobre el tema Casuality and Complementarity. En 1952, Bohr ayudó a crear el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, Suiza. En 1955, organizó la primera Conferencia Átomos para la Paz en Ginebra.

MODELO ATOMICO DE BORH(Astrojem, 2015)

Niels Bohr sabía que las principales objeciones al modelo atómico de Rutherford eran que, de acuerdo a las leyes electromagnéticas de Maxwell, los electrones irradiarían su energía en forma de ondas electromagnéticas y, por lo tanto, describirían órbitas espirales que los irían acercando al núcleo hasta chocar contra él. Por lo cual, no había ninguna esperanza de que los átomos de Rutherford se mantuvieran estables ni que produjeran las nítidas líneas espectrales observadas en los espectroscopios.

Tomando como punto de partida el modelo de Rutherford, Niels Bohr trató de incorporar en él la teoría de “cuantos de energía” desarrollada por Max Planck y el efecto fotoeléctrico observado por Albert Einstein.

En 1913, Bohr postuló la idea de que el átomo es un pequeño sistema solar con un pequeño núcleo en el centro y una nube de electrones que giran alrededor del núcleo. Hasta aquí, todo es como en el modelo Rutherford.

Lo original de la teoría de Bohr es que afirma:

a) que los electrones solamente pueden estar en órbitas fijas muy determinadas, negando todas las demás.

b) que en cada una de estas órbitas, los electrones tienen asociada una determinada energía, que es mayor en las órbitas más externas.

c) que los electrones no irradian energía al girar en torno al núcleo.

d) que el átomo emite o absorbe energía solamente cuando un electrón salta de una órbita a otra.

e) que estos saltos de órbita se producen de forma espontánea.

f) que en el salto de una órbita a otra, el electrón no pasa por ninguna órbita intermedia.

La característica esencial del modelo de Bohr es que, según él, los electrones se ubican alrededor del núcleo únicamente a ciertas distancias bien determinadas. El porqué de esta disposición se estableció más tarde, cuando el desarrollo de la mecánica cuántica alcanzó su plena madurez.

El modelo de Bohr es muy simple y recuerda al modelo planetario de Copérnico, los planetas describiendo órbitas circulares alrededor del Sol.

El electrón de un átomo describe también órbitas circulares, pero los radios de estas órbitas no pueden tener cualquier valor, sino valores fijos.

Cuando un electrón salta de una órbita a otra, lo hace sin pasar por órbitas intermedias. Esto es una afirmación que rompe las ideas normales que tenemos, porque no podemos visualizar cómo sucede esto exactamente.

Es pertinente recordar lo que dijo Einstein: "... debemos admirar humildemente la bella armonía de la estructura de este mundo, en la medida en que podamos comprenderlo. Eso es todo."

Consideremos un átomo con un solo electrón, en el que hay:

a) un núcleo de carga eléctrica Z suficientemente pesado para considerarlo inmóvil.

b) un electrón que describe una órbita circular de radio r.

En el modelo de Bohr, se estipula que la energía del electrón es mayor cuanto mayor sea el radio r.

Por lo cual, cuando el electrón salta a una órbita de menor radio, se pierde energía. Esa energía perdida es la que el átomo emite hacia el exterior en forma de un quanto de luz. Dicho de otro modo, en forma de fotón.

Resumiendo: Los electrones no irradiarían energía (luz) si permanecieran en órbitas estables.

Pero si saltan de una órbita de menor energía a una de mayor energía, el electrón absorbe un cuanto de energía (una cantidad igual a la diferencia de energía asociada a las órbitas concernidas).

Si el electrón pasa de una órbita de mayor energía a una de órbita más interna, pierde energía y la energía perdida es lanzada al exterior en forma de radiación (luz): el electrón desprende un cuanto de energía, un fotón.

Niels Bohr dedujo que la frecuencia de la luz emitida por un átomo, está relacionada con el cambio de energía del electrón, siguiendo la regla cuántica de Planck "cambio de energía/frecuencia=constante de Planck". 

Trece años después de que Max Planck decidiera incorporar el cuanto a la teoría de la luz, Bohr introdujo el cuanto en la estructura atómica y el mayor éxito de su modelo fue la explicación del espectro de emisión de luz del hidrógeno.

La teoría de Bohr sobre el átomo, fue uno de los momentos cruciales de la física. Bohr se hizo famoso y en 1922 era una gloria nacional para Dinamarca. 

CONCLUSIONES

Investigamos la procedencia del científico Bohr, es de origen danés nacido el 7 de octubre de 1885 y fallece el 18 de noviembre de 1962. Devoto luterano catedrático de fisiología, por sus grandes aportes recio el premio nobel de física en el año de 1922.

Analizamos la conversación con el científico Albert Einstein, sus discusiones se valían de la mecánica cuántica no funcional, la teoría de la relatividad entre otras.

Examinamos el modelo atómico de Bohr que fue inspirado del modelo atómico de Rutherford introduciendo la teoría de la orbitas cuantificadas.

Bibliografía

Astrojem. (2015). Astrojem. Recuperado el 08 de 08 de 2015, de http://astrojem.com/teorias/modelobohr.html

GONZALES-ESTEBAN, P. (s.f.). EL TAMIZ. Recuperado el 08 de 08 de 2015, de http://eltamiz.com/2007/05/27/las-discusiones-entre-einstein-y-bohr/

WIKIPEDIA. (2015 de 06 de 17). Recuperado el 08 de 08 de 2012, de https://es.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr

ANEXOS

DEBATE CON ALBERT EINSTEIN

FRASES DE BOHR