Plik Model atomowy Bohra to koncepcja budowy atomu duńskiego fizyka Nielsa Bohra (1885-1962), opublikowana w 1913 r. W atomie Bohra elektrony wokół jądra zajmują tylko niektóre dozwolone orbity, dzięki ograniczeniu zwanemu kwantyzacja.
Dla Bohra obraz atomu jako miniaturowego układu słonecznego z elektronami krążącymi wokół jądra nie był do końca zgodny z faktem, że przyspieszane ładunki elektryczne emitują energię..
Taki atom nie byłby stabilny, ponieważ wcześniej czy później skończyłby się zapadnięciem, ponieważ elektrony krążyłyby spiralnie w kierunku jądra. Do tego czasu charakterystyczne wzorce światła emitowane przez wodór i inne gazy po podgrzaniu były znane już od 50 lat..
Wzór lub widmo składa się z szeregu jasnych linii o pewnych bardzo określonych długościach fal. A atom wodoru nie zapada się od emitowania światła.
Aby wyjaśnić, dlaczego atom jest stabilny, mimo że może emitować energię elektromagnetyczną, Bohr zaproponował, że moment pędu może przyjmować tylko określone wartości, a zatem również energię. To właśnie oznacza kwantyzację.
Przyjmując, że energia została skwantowana, elektron miałby niezbędną stabilność, aby nie pędzić w kierunku jądra niszczącego atom..
A atom emituje energię świetlną tylko wtedy, gdy elektron przechodzi z jednej orbity na drugą, zawsze w dyskretnych ilościach. W ten sposób wyjaśnia się obecność wzorców emisji w wodorze..
Bohr skomponował w ten sposób wizję atomu, integrując znane pojęcia z mechaniki klasycznej z nowo odkrytymi, takimi jak stała Plancka, foton, elektron, jądro atomowe (mentorem Bohra był Rutherford) i wspomniane wyżej widma emisji..
Indeks artykułów
Model atomowy Bohra zakłada, że elektron porusza się po kołowej orbicie wokół jądra pod działaniem elektrostatycznej siły przyciągania Coulomba i proponuje kwantowanie momentu pędu elektronu.
Zobaczmy, jak zintegrować oba pojęcia w formie matematycznej:
Niech L będzie wielkością pędu, m masą elektronu, v prędkością elektronu, r promieniem orbity. Aby obliczyć L, mamy:
L = m⋅r⋅v
Bohr zaproponował, że L jest równe całkowitym wielokrotnościom stałej h / 2π, gdzie h to Stała Plancka, wprowadzone niedawno przez fizyka Maxa Plancka (1858-1947) podczas rozwiązywania problemu energii emitowanej przez ciało doskonale czarne, teoretyczny obiekt pochłaniający całe padające światło.
Jego wartość to h = 6,626 × 10−34 J ・ s, podczas gdy h / 2π jest oznaczane jako ħ, co jest czytane „H bar”.
Dlatego moment pędu L pozostaje:
m⋅r⋅v = nħ, przy n = 1, 2, 3 ...
Z tego warunku wyprowadza się promienie orbit dopuszczonych dla elektronu, jak zobaczymy poniżej.
W dalszej części przyjmiemy najprostszy z atomów: wodór, który składa się z jednego protonu i elektronu, oba o ładunku o wielkości e.
Siła dośrodkowa, która utrzymuje elektron na jego kołowej orbicie, jest zapewniana przez przyciąganie elektrostatyczne, którego wielkość F wynosi:
F = kedwa/ rdwa
Gdzie k jest stałą elektrostatyczną prawa Coulomba ir odległość elektron-proton. Wiedząc, że ruchem okrężnym przyspieszenie dośrodkowe przydo jest wyrażony jako stosunek kwadratu prędkości do odległości r:
dodo = wdwa / r
Zgodnie z drugim prawem Newtona siła wypadkowa jest iloczynem masy m i przyspieszenia:
mvdwa/ r = kedwa/ rdwa
Upraszczając promień r, otrzymujemy:
m⋅vdwar = kedwa
Łącząc to wyrażenie z wyrażeniem momentu pędu, otrzymujemy układ równań, dany wzorem:
1) mvdwar = kedwa
2) r = n ħ/ mv
Chodzi o to, aby rozwiązać system i określić r, promień dozwolonej orbity. Trochę elementarnej algebry prowadzi do odpowiedzi:
r = (nħ)dwa / k⋅m⋅edwa
Przy n = 1, 2, 3, 4, 5 ...
Dla n = 1 mamy najmniejszy z promieni, zwany Promień Bohra dolub o wartości 0,529 × 10−10 m. Promienie pozostałych orbit są wyrażone w postaci dolub.
W ten sposób Bohr wprowadza główną liczbę kwantową n, zauważając, że dozwolone promienie są funkcją stałej Plancka, stałej elektrostatycznej oraz masy i ładunku elektronu.
Bohr umiejętnie łączy mechanikę Newtona z nowymi odkryciami, które nieustannie dokonywały się w drugiej połowie XIX i na początku XX wieku. Wśród nich rewolucyjna koncepcja „kwanta”, co do której sam Planck twierdził, że nie był zbyt przekonany.
Dzięki swojej teorii Bohr był w stanie w zadowalający sposób wyjaśnić szereg w widmie wodoru i przewidzieć emisje energii w zakresie ultrafioletu i podczerwieni, których jeszcze nie zaobserwowano..
Jej postulaty możemy podsumować następująco:
Elektron krąży wokół jądra po stabilnej orbicie kołowej, wykonując jednostajny ruch kołowy. Ruch jest spowodowany przyciąganiem elektrostatycznym, które oddziałuje na nią jądro.
Moment pędu elektronu jest kwantowany zgodnie z wyrażeniem:
L = mvr = nħ
Gdzie n jest liczbą całkowitą: n = 1, 2, 3, 4 ..., co prowadzi do tego, że elektron może znajdować się tylko na pewnych określonych orbitach, których promienie to:
r = (n ħ)dwa / k m edwa
Ponieważ moment pędu jest kwantowany, tak samo jest z energią E. Można wykazać, że E jest dane przez:
Elektronowolt lub eV to kolejna jednostka energii, szeroko stosowana w fizyce atomowej. Ujemny znak energii zapewnia stabilność orbity, wskazując, że trzeba by było wykonać pracę, aby oddzielić elektron od tej pozycji..
Kiedy elektron znajduje się na swojej orbicie, nie absorbuje ani nie emituje światła. Ale kiedy przeskakuje z orbity o wyższej energii na orbitę niższą, to robi..
Częstotliwość f emitowanego światła zależy od różnicy poziomów energii orbit:
E = hf = EInicjał - E.finał
Model Bohra ma pewne ograniczenia:
-Jest z powodzeniem stosowany tylko do atomu wodoru. Próby zastosowania go do bardziej złożonych atomów zakończyły się niepowodzeniem.
-Nie odpowiada, dlaczego niektóre orbity są stabilne, a inne nie. Fakt, że energia w atomie została skwantyzowana działała bardzo dobrze, ale model nie podał powodu, a to było coś, co powodowało dyskomfort naukowców..
-Innym ważnym ograniczeniem jest to, że nie wyjaśnia on dodatkowych linii emitowanych przez atomy w obecności pól elektromagnetycznych (efekt Zeemana i efekt Starka). Albo dlaczego niektóre linie widma były bardziej intensywne niż inne.
-Model Bohra nie uwzględnia również efektów relatywistycznych, które należy wziąć pod uwagę, ponieważ ustalono eksperymentalnie, że elektrony są w stanie osiągać prędkości dość bliskie prędkości światła w próżni..
-Zakłada, że możliwe jest dokładne poznanie położenia i prędkości elektronu, ale w rzeczywistości obliczane jest prawdopodobieństwo, że elektron zajmie określoną pozycję.
Pomimo swoich ograniczeń model odniósł wówczas duży sukces, nie tylko ze względu na integrację nowych odkryć ze znanymi już pierwiastkami, ale także dlatego, że postawił nowe pytania, wyjaśniając, że droga do zadowalającego wyjaśnienia atomu leży w mechanice kwantowej..
Model atomowy Schrödingera.
Model Atomic de Broglie.
Model atomowy Chadwicka.
Model atomowy Heisenberga.
Model atomowy Perrina.
Model atomowy Thomsona.
Model atomowy Daltona.
Model atomowy Diraca Jordana.
Atomowy model Demokryta.
Model atomowy Leucippus.
Model atomowy Sommerfelda.
Aktualny model atomowy.
Jeszcze bez komentarzy