Contextualización

El Modelo de Bohr, propuesto por el físico danés Niels Bohr en 1913, es esencial para el estudio de la estructura atómica. Este modelo revolucionó la comprensión del comportamiento de los electrones en los átomos y dio origen a la rama de la física llamada mecánica cuántica.

Bohr propuso que los electrones orbitan alrededor del núcleo atómico en caminos definidos, o orbitales, y que estos electrones pueden saltar de un orbital a otro, emitiendo o absorbiendo energía en el proceso. Este modelo simple pero poderoso nos permite comprender una amplia variedad de fenómenos, desde el color de las llamas en los fuegos artificiales hasta el funcionamiento de los láseres.

Introducción

En nuestro proyecto, exploraremos el universo de los átomos, comenzando desde el modelo clásico, pasando por el modelo de Rutherford y llegando al modelo de Bohr. Exploraremos los principios que permiten a los electrones moverse entre los diferentes niveles energéticos y entender cómo esto se relaciona con la absorción y emisión de luz por los átomos.

Las repercusiones de este conocimiento son profundas e innumerables. El espectro de luz emitido o absorbido por un átomo, por ejemplo, está determinado directamente por los niveles de energía que sus electrones pueden ocupar, influenciando todo, desde el color de los objetos que vemos, hasta el desarrollo de la fotosíntesis en las plantas.

Este proyecto también implicará conceptos en ondulatoria, termodinámica y cálculos matemáticos, haciéndolo multidisciplinario y desafiante. Pretendemos que comprendan que la física y las matemáticas no son disciplinas aisladas, están intrínsecamente relacionadas y, cuando se unen, pueden explicar una serie de fenómenos cotidianos.

Para comenzar, les invitamos a explorar el siguiente material:

• Modelo de Bohr - Khan Academy
• Clases de Física Moderna del Prof. Paulo Célio (Disponible en YouTube)
• Libro "Los Mundos Invisibles: Un viaje por el reino de los átomos y las partículas" de Luiz Alberto Oliveira

Ahora, ¡comencemos nuestra investigación para comprender mejor el mundo que nos rodea!

Actividad Práctica

Título: Modelando el Átomo

Objetivo: Realizar una representación física y computacional del modelo de Bohr para un elemento químico elegido por el grupo.

1. Descripción Detallada del Proyecto

Los alumnos deberán seleccionar un átomo de un elemento químico para estudiar y modelar. Basándose en el estudio del Modelo de Bohr, deberán construir una representación en 3D del átomo elegido, explicitando de forma clara los diferentes niveles de energía y los posibles saltos de los electrones entre estos niveles. Además, deberán desarrollar un simulador computacional que pueda replicar estos saltos y la consiguiente emisión o absorción de luz.

Este proyecto debe ser realizado por grupos de 3 a 5 alumnos y se estima que llevará más de 12 horas por alumno para completarse.

2. Materiales Necesarios

   • Materiales reutilizables (como cartón, palitos de helado, plastilina, etc.) para construir el modelo físico del átomo.
   • Computadora con acceso a internet y software para programación. Sugerimos el uso de Python con la biblioteca matplotlib para la simulación computacional.

3. Pasos Detallados para la Realización de la Actividad

   1. Fase de Investigación: Los alumnos deberán investigar sobre el elemento químico elegido, su número atómico, número de electrones por capa energética y su espectroscopia.

   2. Construcción del modelo físico: Después de la investigación, el grupo deberá construir un modelo físico del átomo elegido. Los niveles de energía deberán ser claramente identificados, así como el núcleo y los electrones.

   3. Desarrollo del simulador: Paralelamente, el grupo deberá desarrollar un simulador que pueda demostrar la emisión y absorción de luz a partir de los saltos de los electrones entre los niveles de energía. Aquí es importante que los alumnos comprendan y apliquen la relación entre la energía de los fotones emitidos y la diferencia de los niveles de energía involucrados en el salto. Se recomienda el uso de Python y la biblioteca matplotlib.

   4. Presentación del Trabajo: El trabajo finalizado deberá ser presentado a la clase. La presentación deberá incluir una explicación del modelo de Bohr, la demostración del modelo físico y la exhibición del simulador, destacando cómo este puede reproducir la absorción y emisión de luz.

4. Informe Final: Al final del proyecto, los alumnos deberán producir un informe que contenga al menos las siguientes secciones: Introducción, Desarrollo, Conclusiones y Bibliografía utilizada.

   • En la Introducción, los alumnos deben contextualizar el Modelo de Bohr, su relevancia y aplicación en el mundo real, el elemento químico que eligieron para el proyecto y los objetivos principales del trabajo.

   • En el Desarrollo, los alumnos deben explicar la teoría del Modelo de Bohr, el proceso de construcción del modelo físico y el desarrollo del simulador. Deben proporcionar detalles suficientes para que alguien pueda replicar su trabajo.

   • En la Conclusión, los alumnos deben retomar sus puntos principales, reflexionar sobre lo que aprendieron realizando el proyecto y explicar la relevancia de lo que produjeron. Aquí también se les anima a explorar futuras aplicaciones de su trabajo.

   • En la Bibliografía, los estudiantes deben listar todas las fuentes consultadas durante el proyecto.

Este proyecto es tanto un ejercicio en habilidades técnicas como en el aprendizaje de los conceptos fundamentales de la Física Moderna, así como en habilidades socioemocionales como gestión del tiempo, colaboración, resolución de problemas y pensamiento creativo.