Modelo atômico de Rutherford-Bohr

O modelo atômico de Rutherford-Bohr, também citado apenas como modelo de Bohr, é um modelo atômico que foi desenvolvido pelo cientista dinamarquês Niels Bohr, no ano de 1913. O modelo atômico fez importantes correções ao modelo atômico de Rutherford, apresentado dois anos antes, principalmente no que diz respeito à estabilidade eletrodinâmica do átomo. Sendo assim, é comum a justaposição do nome dos dois cientistas, uma vez que a estrutura básica foi proposta por Rutherford.

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Resumo sobre o modelo atômico de Rutherford-Bohr

• O modelo atômico de Rutherford-Bohr (ou apenas modelo atômico de Bohr) foi desenvolvido pelo dinamarquês Niels Bohr, em 1913.
• O modelo atômico proposto por Bohr traz correções importantes ao modelo atômico proposto por Ernest Rutherford.
• Bohr garante uma maior estabilidade eletrodinâmica ao átomo ao mesclar conceitos de física clássica com mecânica quântica.
• As bases teóricas do modelo de Bohr são os trabalhos de Max Planck e as observações advindas da espectroscopia.
• O átomo de Bohr coloca os elétrons em níveis de energia e estabelece critérios para as trocas de energia no átomo.

O que é o modelo atômico de Rutherford-Bohr?

O modelo atômico de Rutherford-Bohr, ou apenas modelo atômico de Bohr, é um modelo atômico desenvolvido pelo físico dinamarquês Niels Bohr, no ano de 1913, o qual foi apresentado no trabalho On the Constitution of Atoms and Molecules. Tal modelo é reconhecido por ser o primeiro a trazer interpretações da recém-desenvolvida mecânica quântica para explicar o comportamento da matéria, fazendo correções e adequações importantes e certeiras no então modelo atômico trazido pelo físico neozelandês Ernest Rutherford.

O modelo atômico de Rutherford-Bohr, principalmente quando foca no átomo de hidrogênio, acaba sendo o primeiro contato dos estudantes com o mundo da mecânica quântica. Pode-se dizer, aliás, que a intenção de Niels Bohr seria apresentar uma teoria atômica que pudesse abranger não só demandas da física, mas também da química.

Características principais do modelo atômico de Rutherford-Bohr

Dois adjetivos podem ser aplicados ao modelo atômico trazido por Bohr: abrangente e radical. Abrangente, pois buscava trazer explicações não só para o átomo de hidrogênio (o qual só possuía um único elétron), mas também aos átomos polieletrônicos e também às moléculas.

A radicalidade se expressa na iniciativa de rompimento com conceitos da física clássica e a incorporação de conceitos modernos, recentemente apresentados por cientistas como Max Planck, e que buscavam solucionar problemas fundamentais da sua época.

As adaptações de Niels Bohr partem daquilo que foi observado e concretizado por Rutherford: o átomo possui uma dimensão muito pequena (da ordem de 10⁻⁹ m), composto por um núcleo muito denso (alta massa e dimensão pequena, da faixa de 10⁻¹⁴ m), envolto por uma nuvem de elétrons, os quais hoje sabemos que apresentam uma carga de 1,6 × 10⁻¹⁹ C e uma massa de 9,1 × 10⁻³¹ kg cada.

À época, já se sabia que a carga nuclear era da mesma dimensão da carga dos elétrons, assim como o fato de que quase toda massa do átomo era concentrada no núcleo, mas não se sabia com exatidão que ele era composto por prótons (a carga positiva) e os nêutrons (de carga neutra, apenas observados em 1932, por James Chadwick).

A grande alteração trazida por Niels Bohr, entretanto, envolveu a explicação para a forma como os elétrons se movimentam e existem em torno do núcleo. Resumidamente, Bohr estabelece que os elétrons estão alocados em órbitas estacionárias, com valores específicos para seus raios, rompendo com a ideia de movimentos orbitais previstos pelas leis da física clássica, onde toda e qualquer órbita descrita pelo elétron era permitida.

Isso é consequência das avaliações de Max Planck e dos experimentos de espectroscopia da época, que descreviam trocas de energia de maneira discreta (ou quantizada) entre sistemas, e não de maneira contínua. A espectroscopia trouxe consigo os espectros de linhas dos elementos, uma espécie de identidade luminosa dos elementos químicos, a qual é obtida quando os átomos recebem energia e, posteriormente, a absorvem ou emitem parte dessa energia na forma de luz. Só que essa energia absorvida ou luz emitida é feita de maneira descontínua, por meio de linhas, indicando que ela só ocorre com energias específicas.

Foi a partir dessa observação que Bohr trouxe a ideia para seu modelo atômico. As linhas espectrais obtidas para cada átomo tinham ligação com sua estrutura eletrônica, de modo que, ao absorver energia, os elétrons do átomo, presentes no seu chamado nível eletrônico fundamental, saltam para novos níveis eletrônicos, pré-estabelecidos de acordo com a natureza do átomo.

Ao retornarem para seu nível eletrônico fundamental, os elétrons emitem parte dessa energia na forma de luz, o que explica as linhas espectrais observadas. Assim sendo, as linhas espectrais são consequência dos “movimentos energéticos” permitidos que os elétrons realizam na estrutura atômica, em um processo conhecido como transição eletrônica.

Como o resultado é uma linha, ou seja, um comprimento de onda único, podemos entender que a troca de energia no átomo ocorre de maneira discreta (ou quantizada) e não contínua. Dessa forma, Bohr conseguiu unir a estrutura planetária trazida por Rutherford, a hipótese quântica de Planck e as explicações para os espectros de emissão dos átomos. Vale ainda dizer que, para Bohr, o átomo não iria emitir radiação enquanto seus elétrons estivessem em seus níveis fundamentais.

Portanto, podemos concluir que o átomo de Bohr é descrito, de maneira simplória, da seguinte maneira:

1. um núcleo denso e positivo;
2. elétrons alocados nas chamadas camadas eletrônicas;
3. camadas eletrônicas com níveis de energia definidos, de modo que, quanto mais próxima do núcleo, menor sua energia;
4. elétrons que não emitem ou absorvem energia enquanto estiverem na sua camada eletrônica de origem, o chamado nível fundamental;
5. ao absorverem energia, os átomos se excitam, fazendo com que seus elétrons tomem níveis de energia maior;
6. quando o elétron retorna ao seu nível fundamental de energia, emite uma quantidade definida de energia, na forma de luz (um quanta de luz);
7. a luz emitida possui um comprimento de onda e frequência específicas, produzindo uma linha espectral característica;
8. a frequência da linha espectral pode ser calculada pela expressão hv = E₂ - E₁, em que “h” é a constante de Planck, “v” é a frequência e “E” corresponde às energias dos níveis eletrônicos.

Quais as diferenças entre o modelo atômico de Rutherford e Bohr?

O modelo de Bohr trouxe evoluções para o modelo de Rutherford quanto à existência e movimentação dos elétrons. O modelo de Rutherford era limitado pela física clássica, enquanto o modelo de Bohr é um híbrido entre a física clássica e a embrionária mecânica quântica.

Para Rutherford, o átomo seria estruturado como uma esfera positiva e densa centrada na parte central (o núcleo), com os elétrons girando em torno dessa região em órbitas circulares.

Já para Bohr, de fato o átomo possuiria um núcleo denso e positivo, mas os elétrons adjacentes a essa região estariam nas órbitas estacionárias, ou seja, em níveis de energia específicos. Os elétrons apenas poderiam existir em seus níveis de energia fundamental ou saltar para níveis de energia diferentes mediante absorção de energia específica. Além disso, enquanto presentes em seus níveis de energia fundamental, os elétrons não ganhariam ou perderiam energia.

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História do modelo atômico de Rutherford-Bohr

O modelo de Rutherford, como foi posto em 1911, com elétrons girando em torno de um núcleo positivo em uma órbita quase circular (uma curva espiralada), demonstrava-se completamente instável do ponto de vista eletromagnético. Isso porque os resultados da época mostravam que, a cada volta, o elétron perderia energia e a órbita descrita por este seria cada vez menor. Dessa forma, foi possível predizer que o tempo de existência do átomo de hidrogênio, segundo o modelo de Rutherford, seria de, aproximadamente, 1,6 × 10⁻¹¹ s.

Dessa forma, pode-se dizer que o modelo atômico de Rutherford já havia nascido desacreditado. As correções ao modelo de Rutherford, propostas por Niels Bohr, têm como base duas linhas experimentais recentes para sua época: a espectroscopia e a mecânica quântica.

A espectroscopia havia se desenvolvido majoritariamente no século XIX, e seu grande salto se deu com a invenção do espectroscópio, na segunda metade desse século, por Kirchhoff e Bunsen. A obtenção de espectros de absorção e emissão permitiu a descoberta de diversos novos elementos, por exemplo.

O cientista Angström foi responsável por determinar as principais linhas do espectro de emissão do hidrogênio, o que permitiu o desenvolvimento das equações de Rydberg, Balmer e Lyman, que demonstraram formas de cálculo das linhas espectrais de maneira empírica.

No fim do século XIX para o começo do século XX, Max Planck publicou sua teoria acerca da radiação térmica, trazendo o conceito de quantização de energia. À altura, Planck resolveu o problema conhecido como “catástrofe ultravioleta”, pois as teorias da época não conseguiam explicar a radiação térmica emitida por um corpo aquecido (ou corpo negro), afirmando que tais corpos iriam emitir energia infinita e em frequências altas. Max Planck, portanto, de forma ousada, disse que a energia não seria emitida ou absorvida de forma contínua, mas sim em pacotes discretos, conhecidos como quanta.

Foi a junção das linhas espectrais com as teorias de Planck que permitiram a Bohr ajustar o modelo de Rutherford, propondo um átomo estável do ponto de vista eletrodinâmico. Segundo Planck, os pacotes de energia seriam finitos, de tamanho proporcional à hv, onde “h” é a constante de Planck e “v” a frequência da radiação. Bohr tratou as linhas espectrais, por meio da equação de Balmer, como uma diferença de energia, trazendo a ideia de que elas seriam relacionadas ao movimento dos elétrons entre os níveis eletrônicos, onde a energia envolvida poderia ser determinada pela equação de Max Planck.

Exercícios resolvidos sobre o modelo atômico de Rutherford-Bohr

Questão 1. (CPM-ERJ - 1º Ano - Ensino Médio/2026) Na tradicional festa de réveillon em Copacabana, no Rio de Janeiro, milhares de pessoas se reúnem para assistir a um dos maiores espetáculos de queima de fogos do mundo. Quando os fogos explodem no céu, cores vibrantes como azul, verde, vermelho e dourado iluminam a noite, encantando o público.

A explicação de onde vem estas cores está no comportamento dos átomos de certos elementos químicos, como o sódio, o cobre e o estrôncio, quando são aquecidos durante a queima.

Segundo o modelo atômico proposto por Rutherford e aperfeiçoado por Bohr, o fenômeno pode ser explicado da seguinte forma:

1. Os elétrons se fundem ao núcleo, formando novas partículas que emitem luz colorida ao colidir com o ar.
2. Os elétrons desaparecem do átomo e se transformam em calor, fazendo com que o átomo se desintegre e libere luz.
3. Os elétrons se movimentam aleatoriamente entre as camadas, perdendo energia, o que causa a emissão de faíscas.
4. Os elétrons absorvem energia e saltam para camadas mais externas. Ao retornarem à camada original, liberam a mesma energia em forma de luz.

Resposta: Letra D.

O movimento de elétrons, segundo o modelo de Bohr, ocorre mediante absorção de energia por tais elétrons, os quais saltam para camadas eletrônicas mais externas e de maior energia. Ao retornarem para seu nível fundamental, emitem essa energia na forma de radiação eletromagnética (luz), o que justifica as cores dos fogos de artifício.

Questão 2. (UEMG/2025) Os modelos atômicos propostos ao longo da História refletem o avanço do conhecimento sobre a estrutura da matéria, desde a ideia inicial de átomos indivisíveis proposto por Dalton, até os modelos mais complexos descritos pela Mecânica Quântica. Entre essas contribuições, destacam-se os modelos de Rutherford e Bohr, que revolucionaram a forma como entendemos o átomo. Rutherford propôs o núcleo atômico denso e positivo, enquanto Bohr introduziu conceitos inovadores relacionados aos níveis de energia.

Com base nos avanços apresentados por esses dois modelos, assinale a alternativa que, corretamente, diferencia as principais características entre as propostas de Rutherford e Bohr.

1. O modelo de Rutherford propõe que os elétrons giram em órbitas circulares ao redor do núcleo em níveis de energia específicos, enquanto o de Bohr considera que os elétrons estão distribuídos, aleatoriamente, em torno do núcleo.
2. No modelo de Rutherford, os elétrons não possuem níveis de energia definidos, enquanto no de Bohr, os elétrons orbitam o núcleo em trajetórias específicas com energias quantizadas.
3. O modelo de Rutherford considera que o núcleo é composto por prótons e nêutrons, enquanto o de Bohr descreve o núcleo como formado, exclusivamente, por prótons.
4. O modelo de Rutherford já previa que os elétrons absorvem ou emitem energia ao saltar entre os níveis, enquanto Bohr abandonou essa ideia em favor de órbitas fixas.

Resposta: Letra B.

A diferença crucial entre os átomos propostos por Rutherford e Bohr está no comportamento e no movimento dos elétrons. Para Rutherford, os elétrons estão em órbitas circulares, sem qualquer definição ou restrição à energia, ao passo que Bohr propõe a existência dos elétrons em camadas de níveis de energia específicos, o que trouxe uma maior estabilidade eletrodinâmica para o átomo.

Fontes

VELÁSQUEZ-TORIBIO, A. M. O modelo atômico de Bohr e o início da mecânica quântica. Cadernos de Astronomia, [s. l.], v. 3, n. 1, p. 65-74, fev. 2022. DOI: 10.47456/Cad.Astro.v3n1.35812. Disponível em: https://periodicos.ufes.br/cadastron/article/view/35812.

PARENTE, F. A. G.; SANTOS, A. C. F. dos; TORT, A. C. Os 100 anos do átomo de Bohr. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v. 35, n. 4, ref. 4301, p. 1-7, dez. 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/VYcRWRjrjX9fQVG8xYsRjNQ/?format=pdf&lang=pt.

FILGUEIRAS, Carlos A. L.; BRAGA, João P.; LEMES, Nelson H. T. O centenário da molécula de Bohr. Química Nova, São Paulo, v. 36, n. 7, p. 1078-1082, 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/j/qn/a/BcFMSHvyx4tGVTBV8qHMNWq/?format=pdf&lang=pt.