Niels Bohr: Biografía y Aportaciones

Niels Bohr nacido el 7 de octubre de 1885 fue un físico danés que ayudó a descubrir la física cuántica, la estructura del átomo y la bomba atómica. Bohr recibió el Premio Nobel en 1922 por, en resumen, descubrir la cuantificación de los niveles de energía atómica. Trabajó también en un proyecto de físicos conocido como Manhattan Project.

Se casó con Margrethe Nørlund en 1912. Uno de sus hijos fue Aage Bohr, quien también fue un físico importante. Aage ganó en 1975 su propio premio Nobel. Niels Bohr trabajó también con Albert Einstein. También es considerado uno de los físicos más importantes del siglo XX.

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Vida temprana

Su nombre completo era Niels Henrik David Bohr. Nació en Copenhague, Dinamarca en el año 1885. Su padre era Christian Bohr quien era profesor de fisiología en la Universidad de Copenhague.

Su madre era Ellen Adler Bohr. Era judía y de una rica familia de banqueros y políticos. Niels también era el hermano de Harald Bohr. Era matemático y jugó en la Selección Nacional de Fútbol. A Niels también le gustaba el fútbol. Jugó con su hermano en muchos partidos. Niels solía ser el portero.

Educación

Trabajó muy duro en la escuela cuando era niño para poder ir a la misma universidad que su padre. Sabía que tendría que hacerlo muy bien para comprender la física si quería hacer su propia investigación.

Bohr amaba hablar pero odiaba escribir ensayos; era bastante débil en su propio idioma nativo, el danés. Sin embargo, amaba las matemáticas y las ciencias.
En 1903, estudió en la Universidad de Copenhague, especializándose en física, pero también estudió química, astronomía y matemáticas.

A finales de octubre de 1906, Niels presentó un trabajo de investigación sobre las tensiones superficiales de los líquidos y ganó la medalla de oro que le otorgó la Real Academia Danesa de Ciencias el cual fue un logro notable para un estudiante universitario. Compartió el premio con Peder Pedersen, 11 años mayor que él, quien pronto se convertiría en profesor de ingeniería eléctrica.

De 1907 a 1911, completó su maestría y doctorado en física. En ambos casos, dirigió su atención a la teoría electrónica de los metales. Su doctorado, otorgado en abril de 1911, fue un trabajo puramente teórico.

Familia e hijos

Niels Bohr contrajo matrimonio con Margrethe Nørlund con quien tuvo seis hijos de los cuales Aage Niels Bohr quien al igual que su padre se convirtio en un físico reconocido por sus trabajos con la geometría del núcleo atómico.

Relación con Ernest Rutherford

A finales de 1911, Bohr había conocido a otro gran físico, Ernest Rutherford, cuyo laboratorio estaba en la Universidad de Manchester. Le preguntó a Rutherford si podía trasladarse allí para trabajar con él. Rutherford dijo que sí, siempre que Bohr obtuviera la aprobación de Thomson primero.

Y así, en marzo de 1912, Bohr tomó el tren a Manchester para trabajar con el hombre que lo inspiraría y se convertiría en uno de sus mejores amigos.

Rutherford había ganado el Premio Nobel de Química de 1908 por su trabajo en radiactividad. En 1909 había descubierto el núcleo atómico. Sin embargo, a pesar de la gran reputación de Rutherford, su afirmación de que el átomo estaba hecho de un núcleo pequeño, muy denso y cargado positivamente rodeado de electrones cargados negativamente había recibido una respuesta tibia de otros físicos.

Bohr se interesó cada vez más en el modelo del átomo de Rutherford, particularmente en el comportamiento de sus electrones

Aportaciones de Niels Bohr

Bohr hizo experimentos en el Trinity College de Cambridge bajo la dirección de JJ Thomson. Después de eso, fue a la Universidad de Manchester bajo la dirección de Ernest Rutherford. Sobre la base de las teorías de Rutherford, publicó su teoría de los electrones. Introduce la teoría de los electrones que viajan en órbitas alrededor del núcleo del átomo en 1913 y las propiedades químicas de la órbita.

Introdujo la idea de que un electrón puede caer de una órbita de energía más alta a una más baja. Entonces puede emitir un fotón de energía discreta. Esta es la base de la teoría cuántica.

Modelo atómico

El modelo atómico es considerado uno de sus más grandes aportes, después de obtener su doctorado, Bohr continuó su investigación en la Universidad de Manchester, estudiando con Ernest Rutherford. Allí, se centró en la física cuántica, un nuevo tipo de física de partículas pequeñas en ese momento. Mostraron que pequeñas partículas llamadas electrones eran negativas y orbitaban alrededor del centro del átomo.

Bohr contribuyó a esta investigación escribiendo artículos de revistas para la revista The Philosophical y explicando que los electrones orbitan específicamente en patrones preestablecidos.

Además, describió cómo los electrones en órbita podrían liberar energía cuando caen a una órbita más baja, y llamó a esta energía radiación electromagnética.

Bohr propuso que los átomos podrían representarse como un pequeño sistema solar , con electrones que orbitan el núcleo atómico en órbitas fijas. Cuanto más lejos esté el electrón del núcleo, mayor será su energía. Más de un electrón puede compartir una órbita alrededor del núcleo.

¿Cómo la materia podría absorber y emitir luz?

El nuevo modelo del átomo de Bohr ofreció la explicación. Bohr dijo que los electrones están restringidos a órbitas circulares particulares, pero pueden saltar de una órbita de energía más baja a una órbita de energía más alta al absorber la luz. También pueden hacer lo contrario y caer de una órbita de energía más alta a una órbita de energía más baja emitiendo luz, como se muestra en la imagen a continuación.

En física clásica, los electrones podrían tener cualquier energía. En la nueva física cuántica, los electrones estaban confinados a órbitas definidas de energía fija. Se prohibieron otras energías de electrones.

Cuando un electrón absorbió energía, dio un salto cuántico, desapareció de una órbita y apareció en una más alta a través de una zona de energía prohibida. Cuando un electrón perdió energía, desapareció de una órbita de mayor energía y apareció en una órbita de menor energía separada por una zona prohibida.

La teoría cuántica ‘explicó’ por qué los electrones no irradian su energía cuando caen en el núcleo, porque este proceso está prohibido: el núcleo no es una órbita de energía permitida para un electrón.

La teoría cuántica también explicó los espectros de los átomos, mostrando que los colores intensos en los espectros estaban relacionados con las energías de las órbitas de electrones en los átomos.

Preguntas interesantes

¿Cuál fue el descubrimiento más importante de Niels Bohr?

Niels Bohr propuso un modelo del átomo en el que el electrón podía ocupar solo ciertas órbitas alrededor del núcleo. Este modelo atómico fue el primero en utilizar la teoría cuántica, ya que los electrones estaban limitados a órbitas específicas alrededor del núcleo. Bohr usó su modelo para explicar las líneas espectrales de hidrógeno.

¿Cuál fue el modelo atómico de Niels Bohr?

Niels Bohr modeló el átomo con electrones que solo podían tener órbitas estables específicas. Este modelo del átomo fue el primero en incorporar la teoría cuántica. El hecho de que los electrones solo pudieran ocurrir en órbitas específicas explicaba por qué elementos como el hidrógeno emitían y absorbían luz a longitudes de onda específicas.

¿Cuáles son las deficiencias del modelo atómico de Bohr?

Según este modelo atómico, la estructura del átomo ofrece malas predicciones espectrales para átomos más grandes. Tampoco pudo explicar el efecto Zeeman. Solo podría explicar con éxito el espectro de hidrógeno.

¿Qué es la estructura atómica?

La estructura atómica de un elemento se refiere a la constitución de su núcleo y la disposición de los electrones a su alrededor. Principalmente, la estructura atómica de la materia está compuesta de protones, electrones y neutrones.

¿Qué son las partículas subatómicas?

Las partículas subatómicas son las partículas que constituyen un átomo. Generalmente, este término se refiere a protones, electrones y neutrones.

Fundación de la química cuántica

Bohr demostró que las propiedades químicas de los elementos resultan principalmente del comportamiento de los electrones que ocupan la órbita estable más alta; estos se llaman electrones de valencia . Al hacerlo, explicó gran parte de la estructura de la tabla periódica y fundó una nueva disciplina científica: la química cuántica.

El concepto de complementariedad de Bohr, sobre el que escribió en una serie de ensayos entre 1933 y 1962, afirma que un electrón puede verse de dos maneras, ya sea como una partícula o como una onda, pero nunca ambas al mismo tiempo.

Explicaba por qué los electrones no pierden su energía cuando se acercan al núcleo. Esta teoría también mencionó los espectros de los átomos, mostrando que las energías de las órbitas electrónicas tienen intensidad y varían en color.

Las contribuciones de Bohr al estudio de la mecánica cuántica se conmemoran para siempre en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague, que ayudó a fundar en 1920 y se dirigió hasta su muerte en 1962. Desde entonces se le ha cambiado el nombre al Instituto Niels Bohr en su honor.

Interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica

A escala atómica, el mundo puede parecer extravagante para cualquiera que desee interpretarlo de acuerdo con las leyes del «sentido común» o, de hecho, las reglas de la física clásica.

Es un mundo donde algo que normalmente pensamos como una onda, como la luz, por ejemplo, puede comportarse como una partícula. O algo que normalmente pensamos como una partícula, como un electrón, puede comportarse como una onda. Puede parecer que un solo neutrón está en dos lugares simultáneamente, a una distancia de unos pocos centímetros. Es un mundo en el que se puede pensar que un gato está vivo y muerto (o en algún estado intermedio) al mismo tiempo.

Tres de los gigantes de la física del siglo XX: Niels Bohr, Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli, fueron los actores clave en el desarrollo de lo que se conoció como la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Pauli tuvo que mediar entre Bohr y Heisenberg (que trabajaba en el instituto de Bohr) porque a veces no estaban de acuerdo tan ferozmente sobre cómo debería interpretarse el mundo cuántico que apenas podían hablar entre ellos.

De este crisol intelectual abrasador, surgieron cuatro de las ideas más importantes de lo que se llegó a conocer como la interpretación de Copenhague de la teoría cuántica. Éstas eran:

  • Principio de complementariedad de Bohr / Principio de incertidumbre de Heisenberg
  • Dualidad onda-partícula
  • Interpretación de funciones de onda usando probabilidades
  • El principio de correspondencia: la fusión de la mecánica cuántica en la mecánica clásica en números cuánticos más grandes

Cualesquiera que sean las implicaciones filosóficas de la interpretación de Copenhague, y hay muchas, por ejemplo, que la realidad no existe a menos que la busque, lo que sabemos con certeza es que los métodos de la mecánica cuántica funcionan en la práctica.

La mecánica cuántica es la herramienta más poderosa que hemos tenido para descubrir cómo funciona el universo a escala atómica.

El núcleo compuesto

Bohr formuló la teoría del núcleo compuesto en 1934 y 1935, y la publicó en 1936. Su idea era que cuando un neutrón entra en un núcleo, colisiona repetidamente con una gran cantidad de neutrones existentes y protones, no solo uno de ellos. El resultado es un núcleo compuesto semi-estable . Este núcleo se encuentra en un estado de alta energía como resultado de las colisiones y pierde esta energía de diferentes maneras, como perder un neutrón o emitir rayos gamma.

La teoría de Bohr ocupó el centro del escenario durante las siguientes dos décadas, hasta que en la década de 1950 su hijo Aage jugó un papel clave en la formulación de un modelo mejorado del núcleo y las reacciones nucleares.

Teoría del núcleo como una gota de líquido

Una gota de líquido puede deformarse de su forma esférica básica y una gran gota de líquido puede desmoronarse en dos gotas nuevas. Del mismo modo, un gran núcleo atómico, como el uranio, podría desmoronarse para formar dos nuevos núcleos atómicos: esta es la fisión nuclear, la fuente de energía detrás de la bomba atómica de uranio y la planta de energía de uranio.

El modelo de gota líquida tuvo su mayor éxito al explicar las propiedades de los núcleos pesados, como el uranio.

A pesar de sus contribuciones al Proyecto de Energía Atómica de los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial, Bohr fue un defensor abierto de la aplicación pacífica de la física atómica.

Últimos años

En 1940, el gobierno nazi invadió Dinamarca y decidió deportar a los judíos de Dinamarca a campos de concentración. Bohr sabía que los nazis lo arrestarían porque tenía raíces judías. La familia Bohr huyó en botes de pesca a través del corto tramo de agua que separa Dinamarca de Suecia. Suecia era oficialmente neutral y no había sido invadida por los nazis. Casi todos los 7000 judíos de Dinamarca huyeron por el mar a Suecia en 1943.

Después de una semana, Niels y Aage, su hijo, viajaron al Reino Unido. Volaron en las bahías de bombas de aviones de combate británicos que vinieron a Suecia para recogerlos. Margrethe Bohr permaneció en Suecia hasta que terminó la guerra.

A la edad de 58 años, Niels Bohr fue trasladado en avión desde Suecia a lo alto de la Noruega ocupada por los nazis y el Mar del Norte hasta Escocia en un Mosquito de Havilland. Durante el vuelo permaneció en el lugar donde normalmente se colocarían las bombas del avión. Su suministro de oxígeno falló durante el vuelo y perdió el conocimiento. El piloto, después de perder la comunicación con Bohr, adivinó lo que había sucedido y bajó el avión a una elevación más baja. Bohr recuperó la conciencia cuando aterrizaron.

Proyecto Manhattan

En 1944 Niels Bohr y su hijo trabajaron en el proyecto Manhattan, produciendo armas nucleares durante la Segunda Guerra Mundial. Para mantener oculta su presencia en Estados Unidos, usaron los nombres Nicholas Baker y James Baker.

Fallecimiento

Murió a la edad de 77 años de insuficiencia cardíaca repentina en Copenhague en 1962. Está enterrado en el cementerio Assistens, en Copenhague, Dinamarca cerca de la tumba de sus padres y su hermano Harald.

Frases de Niels Bohr

  • «Cualquiera que no esté conmocionado por la teoría cuántica no ha entendido una sola palabra»
  • «Nada existe hasta que se mide»
  • «La mejor arma de una dictadura es el secreto, pero la mejor arma de una democracia debería ser el arma de la apertura»
  • «Nunca te expreses más claramente de lo que puedes pensar»
  • “Un tonto siempre encuentra otro más tonto que le admire”
  • “Un experto es una persona que ha cometido todos los errores que se pueden cometer en un determinado campo.”

Descubrimientos científicos y logros

  • El elemento Bohrio se nombra en su honor.
  • En 1922, Bohr ganó el Premio Nobel de Física por su investigación sobre la estructura de los átomos y la radiación que emiten estos átomos.
  • Se convirtió en miembro de la Royal Society of Edinburgh en 1927.
  • En 1938, recibió la medalla Royal Society Copley por su distinguido trabajo en el desarrollo de la teoría cuántica.
  • Recibió el primer premio Atoms for Peace de EE. UU. Y el Premio Sonning de la Universidad de Copenhague en 1957.
  • Compartió el Premio Nobel de Física en 1975 con su hijo, Aage.

Referencias

  • Datos de Niels Bohr. Enciclopedia Kiddle.
  • https://www.famousscientists.org/niels-bohr/
  • https://es.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr
  • https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1922/bohr/biographical/
  • https://www.britannica.com/biography/Niels-Bohr
¿Cómo citar?

Titulo del artículo: Niels Bohr: Biografía y Aportaciones

Autor: Editores de PersonajesHistoricos.com

Nombre del sitio web: Personajes Historicos

Disponible en: https://personajeshistoricos.com/c-cientificos/niels-bohr/

Fecha de publicación: mayo 17, 2018

Última edición: diciembre 27, 2019

Consultado: enero 25, 2020

Fin del artículo.

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