20वीं शताब्दी की शुरुआत में, डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोहर ने परमाणु सिद्धांत और क्वांटम भौतिकी में कई योगदान दिए। इनमें से परमाणु का उनका मॉडल है, जो अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा पिछले परमाणु मॉडल का एक उन्नत संस्करण था। इसे आधिकारिक तौर पर रदरफोर्ड-बोहर मॉडल के रूप में जाना जाता है, लेकिन इसे अक्सर संक्षेप में बोहर मॉडल कहा जाता है।
परमाणु का बोहर मॉडल Model
रदरफोर्ड के मॉडल में एक सघन, धनावेशित नाभिक होता है जो इलेक्ट्रॉनों के विसरित बादल से घिरा होता है। यह स्वाभाविक रूप से परमाणु के एक ग्रहीय मॉडल का नेतृत्व करता है, जिसमें नाभिक सूर्य के रूप में कार्य करता है और इलेक्ट्रॉनों को लघु सौर मंडल की तरह गोलाकार कक्षाओं में ग्रहों के रूप में कार्य करता है।
हालाँकि, इस मॉडल की एक प्रमुख विफलता यह थी कि इलेक्ट्रॉनों (ग्रहों के विपरीत) में गैर-शून्य विद्युत आवेश था और इसलिए वे नाभिक की परिक्रमा करते हुए ऊर्जा का विकिरण करेंगे। यह उन्हें केंद्र में गिरने की ओर ले जाएगा, जिससे वे गिरते ही विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम में ऊर्जा का एक "स्मीयर" विकीर्ण कर देंगे। लेकिन यह ज्ञात था कि इलेक्ट्रॉनों की स्थिर कक्षाएँ होती हैं, और उनकी विकिरणित ऊर्जाएँ असतत मात्रा में होती हैं जिन्हें वर्णक्रमीय रेखाएँ कहा जाता है।
बोहर का मॉडल रदरफोर्ड मॉडल का विस्तार था और इसमें तीन अभिधारणाएँ थीं:
- इलेक्ट्रॉन बिना किसी विकिरण के कुछ असतत स्थिर कक्षाओं में गति करने में सक्षम हैं।
- इन विशेष कक्षाओं में कोणीय गति मान होते हैं जो कम प्लैंक के स्थिरांक (कभी-कभी एच-बार कहा जाता है) के पूर्णांक गुणक होते हैं।
- इलेक्ट्रॉन केवल एक कक्षा से दूसरी कक्षा में असतत चरणों में कूदकर, एक विशिष्ट आवृत्ति के विकिरण को अवशोषित या उत्सर्जित करके बहुत विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा प्राप्त या खो सकते हैं।
क्वांटम यांत्रिकी में बोहर का मॉडल
बोहर का मॉडल हाइड्रोजन परमाणु जैसे सरल परमाणुओं के लिए ऊर्जा स्तरों का एक अच्छा प्रथम-क्रम सन्निकटन प्रदान करता है।
एक इलेक्ट्रॉन का कोणीय संवेग होना चाहिए
एल = एमवीआर = n\hbar
कहां हैमइलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है,वीउसका वेग है,आरवह त्रिज्या है जिस पर यह नाभिक और क्वांटम संख्या की परिक्रमा करता हैनहींएक शून्येतर पूर्णांक है। के निम्नतम मान के बाद सेनहीं1 है, यह कक्षीय त्रिज्या का न्यूनतम संभव मान देता है। इसे बोहर त्रिज्या के रूप में जाना जाता है, और यह लगभग 0.0529 नैनोमीटर है। एक इलेक्ट्रॉन बोहर त्रिज्या की तुलना में नाभिक के करीब नहीं हो सकता है और फिर भी एक स्थिर कक्षा में हो सकता है।
का प्रत्येक माननहींएक निश्चित त्रिज्या पर एक निश्चित ऊर्जा प्रदान करता है जिसे ऊर्जा कोश या ऊर्जा स्तर के रूप में जाना जाता है। इन कक्षाओं में, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का विकिरण नहीं करता है और इसलिए नाभिक में नहीं गिरता है।
बोहर का मॉडल उन प्रेक्षणों के अनुरूप है जो क्वांटम सिद्धांत की ओर ले जाते हैं जैसे कि आइंस्टीन का फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, पदार्थ तरंगें और फोटॉनों का अस्तित्व (हालांकि बोहर. के अस्तित्व में विश्वास नहीं करते थे) फोटॉन)।
Rydberg सूत्र को बोहर के मॉडल से पहले अनुभवजन्य रूप से जाना जाता था, लेकिन यह बोहर के संक्रमण या उत्साहित राज्यों के बीच कूदने से जुड़ी ऊर्जाओं के विवरण को फिट करता है। किसी दिए गए कक्षीय संक्रमण से जुड़ी ऊर्जा है
E=R_E\bigg(\frac{1}{n_f^2}-\frac{1}{n_i^2}\bigg)
कहां हैआरइRydberg स्थिरांक है, औरनहींएफतथानहींमैंक्या हैंनहींक्रमशः अंतिम और प्रारंभिक कक्षाओं के मान।
बोहर के मॉडल की कमियां
बोहर का मॉडल जमीनी अवस्था (न्यूनतम ऊर्जा अवस्था) कोणीय गति के लिए गलत मान देता है; इसका मॉडल के मान की भविष्यवाणी करता है जब वास्तविक मान शून्य के रूप में जाना जाता है। मॉडल बड़े परमाणुओं, या एक से अधिक इलेक्ट्रॉन वाले परमाणुओं के ऊर्जा स्तर की भविष्यवाणी करने में भी प्रभावी नहीं है। हाइड्रोजन परमाणु पर लागू होने पर यह सबसे सटीक होता है।
मॉडल हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत का उल्लंघन करता है जिसमें यह इलेक्ट्रॉनों को ज्ञात कक्षाओं के रूप में मानता हैतथास्थान। अनिश्चितता के सिद्धांत के अनुसार क्वांटम कण के बारे में इन दोनों चीजों को एक साथ नहीं जाना जा सकता है।
ऐसे क्वांटम प्रभाव भी हैं जिन्हें मॉडल द्वारा समझाया नहीं गया है, जैसे ज़ीमैन प्रभाव और वर्णक्रमीय रेखाओं में ठीक और अति सूक्ष्म संरचना का अस्तित्व।
परमाणु संरचना के अन्य मॉडल
बोहर से पहले दो मुख्य परमाणु मॉडल बनाए गए थे। डाल्टन के मॉडल में, परमाणु केवल पदार्थ की एक मूलभूत इकाई था। इलेक्ट्रॉनों पर विचार नहीं किया गया था। जे.जे. थॉमसन का प्लम पुडिंग मॉडल डाल्टन का एक विस्तार था, जो एक हलवा में किशमिश की तरह ठोस में एम्बेडेड होने के रूप में इलेक्ट्रॉनों का प्रतिनिधित्व करता था।
श्रोडिंगर का इलेक्ट्रॉन क्लाउड मॉडल बोहर के बाद आया और इलेक्ट्रॉनों को प्रायिकता के गोलाकार बादलों के रूप में दर्शाता है जो नाभिक के पास सघन होते हैं।