Niels Bohr: biografia e contribuições - Ciência - 2023

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Niels Bohr: biografia e contribuições - Ciência
Niels Bohr: biografia e contribuições - Ciência

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Niels Bohr (1885-1962) foi um físico dinamarquês que ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1922, por suas pesquisas relacionadas à estrutura dos átomos e seus níveis de radiação. Criado e educado em terras europeias, nas mais prestigiosas universidades inglesas, Bohr foi também um pesquisador de renome e curioso em filosofia.

Ele trabalhou ao lado de outros cientistas renomados e ganhadores do Prêmio Nobel, como J.J. Thompson e Ernest Rutherford, que o encorajaram a continuar suas pesquisas na área atômica.

O interesse de Bohr pela estrutura atômica o levou a percorrer as universidades para encontrar uma que lhe desse espaço para desenvolver sua pesquisa em seus próprios termos.

Niels Bohr começou com as descobertas feitas por Rutherford e continuou a desenvolvê-las até que pudesse colocar sua própria marca nelas.


Bohr passou a ter uma família de mais de seis filhos, foi tutor de outros eminentes científicos como Werner Heisenberg e presidente da Real Academia de Ciências da Dinamarca, além de membro de outras academias científicas ao redor do mundo.

Biografia

Niels Bohr nasceu em 7 de outubro de 1885 em Copenhagen, capital da Dinamarca. O pai de Niels chamava-se cristão e ele era professor de fisiologia na Universidade de Copenhagen.

Por sua vez, a mãe de Niels era Ellen Adler, cuja família era economicamente privilegiada, pois ela tinha influência no ambiente bancário dinamarquês. A situação familiar de Niels permitiu-lhe ter acesso a uma educação considerada privilegiada à época.

Estudos

Niels Bohr interessou-se por física e a estudou na Universidade de Copenhagen, onde obteve o título de mestre em física em 1911. Mais tarde, viajou para a Inglaterra, onde estudou no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge.


A principal motivação para estudar ali foi receber a tutela de Joseph John Thomson, químico de origem inglesa que recebeu o Prêmio Nobel em 1906 pela descoberta do elétron, especificamente pelos estudos que fez sobre como a eletricidade se move através dos gases .

A intenção de Bohr era traduzir para o inglês sua tese de doutorado, que estava precisamente relacionada ao estudo dos elétrons. No entanto, Thomson não demonstrou nenhum interesse real por Bohr, razão pela qual este decidiu sair de lá e seguir para a Universidade de Manchester.

Relacionamento com Ernest Rutherford

Enquanto estava na Universidade de Manchester, Niels Bohr teve a oportunidade de compartilhar com o físico e químico britânico Ernest Rutherford. Ele também havia sido assistente de Thomson e posteriormente ganhou o Prêmio Nobel. Bohr aprendeu muito com Rutherford, especialmente no campo da radioatividade e modelos do átomo.

Com o passar do tempo, a colaboração entre os dois cientistas cresceu e sua amizade cresceu. Um dos eventos em que os dois cientistas interagiram no campo experimental foi relacionado ao modelo do átomo proposto por Rutherford.


Esse modelo era verdadeiro na esfera conceitual, mas não foi possível concebê-lo enquadrando-o nas leis da física clássica. Diante disso, Bohr ousou dizer que a razão para isso era que a dinâmica dos átomos não estava sujeita às leis da física clássica.

Instituto Nórdico de Física Teórica

Niels Bohr era considerado um homem tímido e introvertido, mas uma série de ensaios que publicou em 1913 lhe rendeu amplo reconhecimento no campo científico, tornando-o uma figura pública reconhecida. Esses ensaios estavam relacionados à sua concepção da estrutura do átomo.

Em 1916 Bohr viajou para Copenhagen e lá, em sua cidade natal, começou a ensinar física teórica na Universidade de Copenhagen, onde estudou.

Estando nessa posição e graças à fama que já havia adquirido, Bohr obteve o dinheiro suficiente para criar em 1920 o Instituto Nórdico de Física Teórica.

O físico dinamarquês dirigiu este instituto de 1921 a 1962, ano em que morreu. Posteriormente, o instituto mudou de nome e passou a se chamar Instituto Niels Bohr, em homenagem ao seu fundador.

Muito em breve, este instituto se tornou uma referência para as descobertas mais importantes que estavam sendo feitas na época relacionadas ao átomo e sua conformação.

Em pouco tempo, o Instituto Nórdico de Física Teórica estava em pé de igualdade com outras universidades com mais tradição na área, como as universidades alemãs de Göttingen e Munique.

Copenhagen School

A década de 1920 foi muito importante para Niels Bohr, pois durante esses anos ele emitiu dois dos princípios fundamentais de suas teorias: o princípio da correspondência, publicado em 1923, e o princípio da complementaridade, adicionado em 1928.

Os princípios mencionados foram a base sobre a qual a Escola de Mecânica Quântica de Copenhagen, também chamada de Interpretação de Copenhagen, começou a se formar.

Essa escola encontrou adversários em grandes cientistas como o próprio Albert Einstein, que após se opor a várias abordagens, acabou reconhecendo Niels Bohr como um dos melhores pesquisadores científicos da época.

Por outro lado, em 1922 recebeu o Prêmio Nobel de Física por seus experimentos relacionados à reestruturação atômica, e no mesmo ano nasceu seu único filho, Aage Niels Bohr, que acabou se formando no instituto presidido por Niels. Posteriormente, tornou-se seu diretor e, além disso, em 1975 recebeu o Prêmio Nobel de Física.

Durante a década de 1930, Bohr se estabeleceu nos Estados Unidos e se concentrou na divulgação do campo da fissão nuclear. Foi neste contexto que Bohr determinou a característica fissionável que o plutônio tinha.

No final daquela década, em 1939, Bohr voltou a Copenhague e foi nomeado presidente da Real Academia de Ciências da Dinamarca.

Segunda Guerra Mundial

Em 1940 Niels Bohr estava em Copenhague e, como resultado da Segunda Guerra Mundial, três anos depois foi forçado a fugir para a Suécia junto com sua família, porque Bohr era de origem judaica.

Da Suécia, Bohr viajou para os Estados Unidos. Lá ele se estabeleceu e se juntou à equipe de colaboração do Projeto Manhattan, que produziu a primeira bomba atômica. Este projeto foi realizado em um laboratório localizado em Los Alamos, Novo México, e durante sua participação no referido projeto Bohr mudou seu nome para Nicholas Baker.

Regresso a casa e morte

No final da Segunda Guerra Mundial, Bohr voltou a Copenhague, onde voltou a se tornar diretor do Instituto Nórdico de Física Teórica e sempre defendeu a aplicação da energia atômica com objetivos úteis, sempre buscando eficiência nos diferentes processos.

Essa inclinação se deve ao fato de Bohr estar ciente dos grandes danos que o que ele descobriu poderia causar, e ao mesmo tempo saber que havia um uso mais construtivo para este tipo de energia poderosa. Assim, a partir da década de 1950, Niels Bohr se dedicou a ministrar palestras voltadas para o uso pacífico da energia atômica.

Como mencionamos anteriormente, Bohr não perdeu a magnitude da energia atômica, portanto, além de advogar por seu uso adequado, ele também estipulou que eram os governos que deveriam garantir que essa energia não fosse usada de forma destrutiva.

Essa noção foi introduzida em 1951, em um manifesto assinado por mais de uma centena de pesquisadores e cientistas renomados da época.

Como consequência desta acção, e do seu trabalho anterior a favor do uso pacífico da energia atómica, em 1957 a Fundação Ford atribuiu-lhe o prémio Atoms for Peace, atribuído a personalidades que procuraram promover o uso positivo deste tipo de energia.

Niels Bohr morreu em 18 de novembro de 1962, em sua cidade natal, Copenhague, aos 77 anos.

Contribuições e descobertas de Niels Bohr

Modelo e estrutura do átomo

O modelo atômico de Niels Bohr é considerado uma de suas maiores contribuições para o mundo da física e da ciência em geral. Ele foi o primeiro a exibir o átomo como um núcleo carregado positivamente rodeado por elétrons em órbita.

Bohr conseguiu descobrir o mecanismo de funcionamento interno de um átomo: os elétrons são capazes de orbitar independentemente ao redor do núcleo. O número de elétrons presentes na órbita externa do núcleo determina as propriedades do elemento físico.

Para obter este modelo atômico, Bohr aplicou a teoria quântica de Max Planck ao modelo atômico desenvolvido por Rutherford, obtendo como resultado o modelo que lhe rendeu o Prêmio Nobel. Bohr apresentou a estrutura atômica como um pequeno sistema solar.

Conceitos quânticos em nível atômico

O que levou o modelo atômico de Bohr a ser considerado revolucionário foi o método que ele usou para alcançá-lo: a aplicação das teorias da física quântica e sua inter-relação com os fenômenos atômicos.

Com essas aplicações, Bohr conseguiu determinar os movimentos dos elétrons ao redor do núcleo atômico, bem como as mudanças em suas propriedades.

Da mesma forma, por meio desses conceitos, ele conseguiu obter uma noção de como a matéria é capaz de absorver e emitir luz de suas estruturas internas mais imperceptíveis.

Descoberta do teorema de Bohr-van Leeuwen

O teorema de Bohr-van Leeuwen é um teorema aplicado à área da mecânica. Trabalhado pela primeira vez por Bohr em 1911 e posteriormente suplementado por van Leeuwen, a aplicação deste teorema foi capaz de diferenciar o escopo da física clássica da física quântica.

O teorema afirma que a magnetização resultante da aplicação da mecânica clássica e da mecânica estatística será sempre zero. Bohr e van Leeuwen conseguiram vislumbrar certos conceitos que só poderiam ser desenvolvidos por meio da física quântica.

Hoje o teorema de ambos os cientistas é aplicado com sucesso em áreas como física de plasma, eletromecânica e engenharia elétrica.

Princípio de complementaridade

Dentro da mecânica quântica, o princípio da complementaridade formulado por Bohr, que representa uma abordagem teórica e resultante ao mesmo tempo, sustenta que objetos submetidos a processos quânticos têm atribuições complementares que não podem ser observadas ou medidas simultaneamente.

Esse princípio de complementaridade nasce de outro postulado desenvolvido por Bohr: a interpretação de Copenhagen; fundamental para a pesquisa da mecânica quântica.

Interpretação de Copenhagen

Com a ajuda dos cientistas Max Born e Werner Heisenberg, Niels Bohr desenvolveu essa interpretação da mecânica quântica, que permitiu elucidar alguns dos elementos que tornam possíveis os processos mecânicos, bem como suas diferenças. Formulado em 1927, é considerada uma interpretação tradicional.

De acordo com a interpretação de Copenhagen, os sistemas físicos não têm propriedades definidas antes de serem submetidos às medições, e a mecânica quântica só é capaz de prever as probabilidades pelas quais as medições feitas produzirão certos resultados.

Estrutura da tabela periódica

A partir de sua interpretação do modelo atômico, Bohr foi capaz de estruturar com mais detalhes a tabela periódica dos elementos existentes naquela época.

Ele foi capaz de afirmar que as propriedades químicas e a capacidade de ligação de um elemento estão intimamente relacionadas à sua carga de valência.

O trabalho de Bohr aplicado à tabela periódica levou ao desenvolvimento de um novo campo da química: a química quântica.

Da mesma forma, o elemento conhecido como Boro (Bohrium, Bh), recebe seu nome em homenagem a Niels Bohr.

Reações nucleares

Usando um modelo proposto, Bohr foi capaz de propor e estabelecer os mecanismos de reações nucleares a partir de um processo de duas etapas.

Ao bombardear partículas de baixa energia, um novo núcleo de baixa estabilidade é formado, que eventualmente emitirá raios gama, enquanto sua integridade decai.

Essa descoberta de Bohr foi por muito tempo considerada fundamental na área científica, até ser trabalhada e aprimorada, anos depois, por um de seus filhos, Aage Bohr.

Explicação da fissão nuclear

A fissão nuclear é um processo de reação nuclear pelo qual o núcleo atômico começa a se dividir em partes menores.

Este processo é capaz de produzir grandes quantidades de prótons e fótons, liberando energia ao mesmo tempo e constantemente.

Niels Bohr desenvolveu um modelo que possibilitou explicar o processo de fissão nuclear de alguns elementos. Esse modelo consistia em observar uma gota de líquido que representaria a estrutura do núcleo.

Da mesma forma que a estrutura integral de uma gota pode ser separada em duas partes semelhantes, Bohr conseguiu mostrar que o mesmo pode acontecer com um núcleo atômico, sendo capaz de gerar novos processos de formação ou deterioração no nível atômico.

Referências

  1. Bohr, N. (1955). Homem e ciência física. Theoria: Um Jornal Internacional de Teoria, História e Fundamentos da Ciência, 3-8.
  2. Lozada, R. S. (2008). Niels Bohr. Lei da Universidade, 36-39.
  3. Nobel Media AB. (2014). Niels Bohr - Fatos. Obtido em Nobelprize.org: nobelprize.org
  4. Savoie, B. (2014). Uma prova rigorosa do teorema de Bohr-van Leeuwen no limite semiclássico. RMP, 50.
  5. Os editores da Encyclopædia Britannica. (17 de novembro de 2016). Modelo composto-núcleo. Retirado da Enciclopédia Britannica: britannica.com.