نموذج بوهر: التعريف والتطوير

في أوائل القرن العشرين ، قدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور العديد من المساهمات في النظرية الذرية وفيزياء الكم. من بين هؤلاء نموذجه للذرة ، والذي كان نسخة محسنة من النموذج الذري السابق بواسطة إرنست رذرفورد. يُعرف هذا رسميًا باسم نموذج Rutherford-Bohr ، ولكن غالبًا ما يطلق عليه نموذج Bohr لفترة قصيرة.

احتوى نموذج رذرفورد على نواة مضغوطة موجبة الشحنة محاطة بسحابة منتشرة من الإلكترونات. أدى هذا بشكل طبيعي إلى نموذج كوكبي للذرة ، حيث تعمل النواة مثل الشمس والإلكترونات ككواكب في مدارات دائرية مثل النظام الشمسي المصغر.

كان الفشل الرئيسي لهذا النموذج هو أن الإلكترونات (على عكس الكواكب) لديها شحنة كهربائية غير صفرية وبالتالي ستشع الطاقة أثناء دورانها حول النواة. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى سقوطهم في المركز ، مما يؤدي إلى إشعاع "مسحة" من الطاقات عبر الطيف الكهرومغناطيسي عند سقوطها. ولكن كان معروفًا أن للإلكترونات مدارات مستقرة ، وأن طاقاتها المشعة تحدث بكميات منفصلة تسمى الخطوط الطيفية.

كان نموذج بور امتدادًا لنموذج رذرفورد واحتوى على ثلاثة افتراضات:

1. الإلكترونات قادرة على التحرك في بعض المدارات الثابتة المنفصلة دون إشعاع الطاقة.
2. تحتوي هذه المدارات الخاصة على قيم زخم زاوي وهي مضاعفات عددية لثابت بلانك المختزل ħ (تسمى أحيانًا h-bar).
3. يمكن للإلكترونات أن تكتسب أو تفقد كميات محددة جدًا من الطاقة فقط عن طريق القفز من مدار إلى آخر في خطوات منفصلة ، أو امتصاص أو إصدار إشعاع بتردد معين.

يوفر نموذج بور تقديرًا تقريبيًا جيدًا من الدرجة الأولى لمستويات الطاقة للذرات البسيطة مثل ذرة الهيدروجين.

يجب أن يكون الزخم الزاوي للإلكترون

أينمهي كتلة الإلكترونالخامسهي سرعته ،صهو نصف القطر الذي يدور حوله رقم النواة والكمنهو عدد صحيح غير صفري. منذ أدنى قيمةنهي 1 ، وهذا يعطي أقل قيمة ممكنة لنصف قطر المدار. يُعرف هذا باسم نصف قطر بوهر ، وهو ما يقرب من 0.0529 نانومتر. لا يمكن أن يكون الإلكترون أقرب إلى النواة من نصف قطر بوهر ولا يزال في مدار مستقر.

كل قيمةنيوفر طاقة محددة في نصف قطر محدد يعرف باسم غلاف الطاقة أو مستوى الطاقة. في هذه المدارات ، لا يشع الإلكترون طاقة وبالتالي لا يقع في النواة.

يتوافق نموذج بور مع الملاحظات التي أدت إلى نظرية الكم مثل الكهروضوئية لآينشتاين التأثير وموجات المادة ووجود الفوتونات (على الرغم من أن بور لم يؤمن بوجود الفوتونات).

كانت صيغة Rydberg معروفة تجريبياً قبل نموذج Bohr ، لكنها تناسب وصف Bohr للطاقات المرتبطة بالتحولات أو القفزات بين الحالات المتحمسة. الطاقة المرتبطة بانتقال مداري معين هي

أينر_ههو ثابت ريدبيرج ون_Fون_أناهينقيم المدارات النهائية والأولية ، على التوالي.

يعطي نموذج بور قيمة غير صحيحة للزخم الزاوي للحالة الأرضية (حالة الطاقة الأقل) ؛ يتنبأ نموذجها بقيمة ħ عندما يُعرف أن القيمة الحقيقية تساوي صفرًا. النموذج أيضًا غير فعال في التنبؤ بمستويات الطاقة للذرات الكبيرة ، أو الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون واحد. يكون أكثر دقة عند تطبيقه على ذرة الهيدروجين.

ينتهك النموذج مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ من حيث أنه يعتبر أن للإلكترونات مدارات معروفةوالمواقع. وفقًا لمبدأ عدم اليقين ، لا يمكن معرفة هذين الأمرين في وقت واحد عن الجسيم الكمي.

هناك أيضًا تأثيرات كمومية لم يفسرها النموذج ، مثل تأثير زيمان ووجود بنية دقيقة وفائقة الدقة في الخطوط الطيفية.

تم إنشاء نموذجين ذريين رئيسيين قبل نموذج بوهر. في نموذج دالتون ، كانت الذرة ببساطة وحدة أساسية للمادة. لم يتم النظر في الإلكترونات. ج. كان نموذج بودنغ البرقوق من طومسون امتدادًا لنموذج دالتون ، والذي يمثل الإلكترونات على أنها جزء لا يتجزأ من مادة صلبة مثل الزبيب في الحلوى.

جاء نموذج سحابة الإلكترون لشرودنجر بعد نموذج بوهر ومثل الإلكترونات على أنها غيوم كروية من الاحتمالية تزداد كثافة بالقرب من النواة.