Il modello atomico di Niels Bohr, presentato nel 1913, rappresenta uno dei pilastri della fisica moderna. Esso nasce dal tentativo di correggere i limiti del modello di Rutherford (il modello “planetario”), introducendo per la prima volta i concetti della meccanica quantistica di Planck all’interno della struttura dell’atomo.

Quali furono i postulati di Bohr? Bohr applicò la costante di Planck all’atomo di idrogeno, basandosi su alcuni presupposti rivoluzionari: 1) gli elettroni non ruotano a distanze arbitrarie dal nucleo, ma percorrono solo determinate orbite circolari “permesse”. In queste orbite, contrariamente a quanto previsto dalle leggi dell’elettromagnetismo classico, l’elettrone non irradia energia (quindi non “cade” sul nucleo); 2) un elettrone può occupare solo orbite in cui il suo momento angolare è un multiplo intero della costante di Planck ridotta:

Questo introduce il numero quantico principale (n), che determina il livello energetico dell’orbita; 3) un elettrone può passare da un’orbita a un’altra solo assorbendo o emettendo un fotone. L’energia del fotone corrisponde esattamente alla differenza di energia tra le due orbite:

Il successo clamoroso del modello di Bohr fu la spiegazione degli spettri di emissione. Prima di lui, si sapeva che gli atomi emettevano luce solo a frequenze specifiche (righe spettrali), ma nessuno sapeva perché. Quando un elettrone “cade” da un livello superiore (n=3) a uno inferiore (n=2), emette luce. Bohr riuscì a calcolare teoricamente le frequenze della serie di Balmer dell’idrogeno con una precisione sbalorditiva, dimostrando che la struttura dell’atomo era intimamente legata alla natura della luce.

Nonostante la sua genialità, il modello di Bohr era un modello di “transizione” (spesso chiamato vecchia teoria dei quanti). Funzionava perfettamente per l’atomo di idrogeno (un solo elettrone), ma falliva con atomi più complessi. Non spiegava perché alcune orbite fossero ellittiche (problema risolto poi da Sommerfeld). Trattava ancora l’elettrone come una particella che segue una traiettoria definita, ignorando la natura ondulatoria della materia che verrà scoperta poco dopo da De Broglie.

Bohr introdusse l’idea che a livello atomico la continuità non esiste: tutto procede per scatti. Questo portò alla nascita del Principio di Complementarità, secondo cui gli oggetti quantistici possono mostrare proprietà diverse a seconda dell’esperimento, un concetto che Bohr difese per tutta la vita, anche nei celebri dibattiti con Einstein.