Razložen Bohrov model atoma

Planetarni model vodikovega atoma

ThoughtCo / Evan Polenghi

Bohrov model ima atom, sestavljen iz majhnega, pozitivno nabitega jedra, okoli katerega krožijo negativno nabiti elektroni. Tukaj je podrobnejši pogled na Bohrov model, ki se včasih imenuje Rutherford-Bohrov model.

Pregled Bohrovega modela

Niels Bohr leta 1915 predlagal Bohrov model atoma. Ker je Bohrov model modifikacija prejšnjega Rutherfordovega modela, nekateri Bohrov model imenujejo Rutherford-Bohrov model. Sodobni model atoma temelji na kvantni mehaniki. Bohrov model vsebuje nekaj napak, vendar je pomemben, ker opisuje večino sprejetih značilnosti atomske teorije brez vse visoke matematike sodobne različice. Za razliko od prejšnjih modelov Bohrov model pojasnjuje Rydbergovo formulo za spektralne emisijske črte atomskega vodika .

Bohrov model je planetarni model, v katerem negativno nabiti elektroni krožijo okoli majhnega, pozitivno nabitega jedra, podobnega planetom, ki krožijo okoli sonca (le da orbite niso ravninske). Gravitacijska sila sončnega sistema je matematično podobna Coulombovi (električni) sili med pozitivno nabitim jedrom in negativno nabitimi elektroni.

Glavne točke Bohrovega modela

• Elektroni krožijo okoli jedra v orbitah, ki imajo določeno velikost in energijo.
• Energija orbite je povezana z njeno velikostjo. Najnižja energija je v najmanjši orbiti.
• Sevanje se absorbira ali oddaja, ko se elektron premika iz ene orbite v drugo.

Bohrov model vodika

Najenostavnejši primer Bohrovega modela je za atom vodika (Z = 1) ali za vodiku podoben ion (Z > 1), v katerem negativno nabit elektron kroži okoli majhnega pozitivno nabitega jedra. Elektromagnetna energija se bo absorbiral ali oddal, če se elektron premakne iz ene orbite v drugo. Samo določene elektronske orbite so dovoljene. Polmer možnih orbit narašča kot n^dva, kjer je n glavno kvantno število . Prehod 3 → 2 ustvari prvo vrstico Serija Balmer . Pri vodiku (Z = 1) to proizvede foton z valovno dolžino 656 nm (rdeča svetloba).

Bohrov model za težje atome

Težji atomi vsebujejo več protonov v jedru kot atom vodika. Za izničenje pozitivnega naboja vseh teh protonov je bilo potrebnih več elektronov. Bohr je verjel, da lahko vsaka elektronska orbita zadrži le določeno število elektronov. Ko je bila raven polna, bi se dodatni elektroni dvignili na naslednjo raven. Tako je Bohrov model za težje atome opisal elektronske lupine. Model je pojasnil nekatere atomske lastnosti težjih atomov, ki še nikoli niso bile reproducirane. Na primer, model lupine je pojasnil, zakaj so se atomi zmanjšali, ko so se premikali po periodi (vrstici) periodnega sistema, čeprav so imeli več protonov in elektronov. Pojasnilo je tudi, zakaj so bili žlahtni plini inertni in zakaj atomi na levi strani periodnega sistema privlačijo elektrone, medtem ko jih tisti na desni strani izgubljajo. Vendar je model domneval, da elektroni v lupinah ne delujejo drug z drugim in ni mogel razložiti, zakaj se je zdelo, da se elektroni zlagajo na nepravilen način.

Težave z Bohrovim modelom

• KršiHeisenbergov princip negotovostiker meni, da imajo elektroni znan polmer in orbito.
• Bohrov model zagotavlja nepravilno vrednost za osnovno stanje orbitalni kotni moment .
• Omogoča slabe napovedi glede spektrov večjih atomov.
• Ne napoveduje relativne intenzivnosti spektralnih črt.
• Bohrov model ne razloži fine strukture in hiperfine strukture v spektralnih črtah.
• Ne pojasnjuje Zeemanovega učinka.

Izpopolnitve in izboljšave Bohrovega modela

Najvidnejša izboljšava Bohrovega modela je bil Sommerfeldov model, ki se včasih imenuje tudi Bohr-Sommerfeldov model. V tem modelu elektroni potujejo po eliptičnih orbitah okoli jedra in ne po krožnih orbitah. Sommerfeldov model je bil boljši pri razlagi atomskih spektralnih učinkov, kot je Starkov učinek pri cepljenju spektralne črte. Vendar pa model ni mogel prilagoditi magnetnega kvantnega števila.

Nazadnje so Bohrov model in modeli, ki temeljijo na njem, leta 1925 zamenjali model Wolfganga Paulija, ki temelji na kvantni mehaniki. Ta model je bil izboljšan za izdelavo sodobnega modela, ki ga je predstavil Erwin Schrodinger leta 1926. Danes je vedenje vodikovega atoma razloženo z uporabo valovna mehanika za opis atomskih orbital.

Viri

• Lakhtakia, Akhlesh; Salpeter, Edwin E. (1996). 'Modeli in modelirji vodika'. American Journal of Physics . 65 (9): 933. Bibcode: 1997AmJPh..65..933L. doi: 10,1119/1,18691
• Linus Carl Pauling (1970). 'Poglavje 5-1'. Splošna kemija (3. izdaja). San Francisco: W.H. Freeman & Co. ISBN 0-486-65622-5
• Niels Bohr (1913). 'O zgradbi atomov in molekul, I. del' (PDF). Filozofska revija . 26 (151): 1–24. doi: 10.1080/14786441308634955
• Niels Bohr (1914). 'Spektri helija in vodika'. Narava . 92 (2295): 231–232. doi:10.1038/092231d0