Bohri mudel: määratlus ja areng

20. sajandi alguses panustas Taani füüsik Niels Bohr aatomiteooriasse ja kvantfüüsikasse palju. Nende hulgas on tema aatomimudel, mis oli Ernest Rutherfordi eelmise aatomimudeli täiustatud versioon. See on ametlikult tuntud kui Rutherford-Bohri mudel, kuid sageli nimetatakse seda lühidalt Bohri mudeliks.

Rutherfordi mudel sisaldas kompaktset positiivselt laetud tuuma, mida ümbritses hajus elektronpilv. See viis loomulikult aatomi planeedimudelini, kus tuum toimis päikesena ja elektronid planeetidena ringikujulistel orbiitidel nagu miniatuurne päikesesüsteem.

Selle mudeli peamine rike oli aga see, et elektronidel (erinevalt planeetidest) oli elektrivool laekumine nullist ja seetõttu kiirgasid nad tuuma tiirlemisel energiat. See tooks kaasa selle, et nad langeksid keskmesse, kiirgades kukkudes energiate "mustust" üle elektromagnetilise spektri. Kuid oli teada, et elektronidel on stabiilsed orbiidid ja nende kiiratud energiad toimusid diskreetsetes kogustes, mida nimetatakse spektraaljoonteks.

Bohri mudel oli Rutherfordi mudeli jätk ja sisaldas kolme postulaati:

1. Elektronid on võimelised liikuma teatud diskreetsetes stabiilsetes orbiitides energiat kiirgamata.
2. Nendel spetsiaalsetel orbiitidel on nurga impulssväärtused, mis on vähendatud Plancki konstandi integ täisarvukordsed (mõnikord nimetatakse seda h-baariks).
3. Elektronid võivad saada või kaotada väga kindlaid energiakoguseid ainult siis, kui nad hüppavad diskreetse sammuna ühelt orbiidilt teisele, neelavad või kiirgavad kindla sagedusega kiirgust.

Bohri mudel annab lihtsa aatomi, näiteks vesinikuaatomi, energiataseme hea esimese astme ligikaudse hinnangu.

Elektroni nurkimpulss peab olema

kusmon elektroni mass,von selle kiirus,ron raadius, mille juures ta tiirleb tuuma ja kvantarvu ümbernon nullist erinev täisarv. Kuna madalaim väärtus onnon 1, see annab orbiidi raadiuse madalaima võimaliku väärtuse. Seda nimetatakse Bohri raadiuseks ja see on umbes 0,0529 nanomeetrit. Elektron ei saa olla tuumale lähemal kui Bohri raadius ja olla siiski stabiilsel orbiidil.

Iga väärtusnannab kindla energia kindla raadiusega, mida nimetatakse energiakestaks või energiatasemeks. Nendel orbiitidel ei kiirga elektron energiat ja ei lange seega tuuma.

Bohri mudel on kooskõlas vaatlustega, mis viivad kvantteooriani, näiteks Einsteini fotoelektrik mõju, ainelained ja footonite olemasolu (kuigi Bohr ei uskunud footonid).

Rydbergi valem oli enne Bohri mudelit empiiriliselt teada, kuid see sobib Bohri kirjeldusega energiatest, mis on seotud ergastatud olekute vaheliste üleminekute või hüpetega. Antud orbiidi üleminekuga seotud energia on

kusR_Eon Rydbergi konstant jan_fjan_ionnvastavalt lõpliku ja algse orbitaali väärtused.

Bohri mudel annab põhiseisundi (madalaima energiaseisundi) nurkkiirele vale väärtuse; selle mudel ennustab väärtust ħ, kui teada on, et tegelik väärtus on null. Mudel ei ole efektiivne ka suuremate aatomite või rohkem kui ühe elektroniga aatomite energiataseme prognoosimisel. See on kõige täpsem vesinikuaatomile rakendamisel.

Mudel rikub Heisenbergi ebakindluse põhimõtet, kuna ta peab elektronide teadaolevaid orbiitejaasukohad. Määramatuse printsiibi kohaselt ei saa neid kahte asja korraga kvantosakese kohta teada.

On ka kvantefekte, mida mudel ei seleta, näiteks Zeemani efekt ning peen- ja ülipeen struktuuri olemasolu spektrijoontes.

Enne Bohri mudelit loodi kaks peamist aatomimudelit. Daltoni mudelis oli aatom lihtsalt aine põhiühik. Elektrone ei arvestatud. J.J. Thomsoni ploomipudingimudel oli Daltoni pikendus, mis kujutas elektronide sisaldust tahkes aines nagu pudingus rosinad.

Schrödingeri elektronpilvemudel tuli Bohri järel ja esindas elektrone kerakujuliste tõenäosuspilvedena, mis kasvavad tuuma lähedal tihedamalt.