Bohr-modell: Definíció és fejlesztés

A 20. század elején Niels Bohr dán fizikus számos hozzájárulást tett az atomelmélethez és a kvantumfizikához. Ezek között van az atommodellje, amely Ernest Rutherford előző atommodelljének továbbfejlesztett változata volt. Ez hivatalosan Rutherford-Bohr modell néven ismert, de gyakran röviden Bohr modellnek hívják.

Rutherford modellje egy kompakt, pozitív töltésű magot tartalmaz, amelyet diffúz elektronfelhő vesz körül. Ez természetesen az atom bolygómodelljéhez vezetett, ahol a mag a nap, az elektronok pedig mint bolygók jártak kör alakú pályákon, mint egy miniatűr naprendszer.

Ennek a modellnek a legfontosabb kudarca az volt, hogy az elektronok (a bolygókkal ellentétben) nem nulla elektromos töltéssel rendelkeztek, ezért energiát sugároznak, amikor a mag körül keringenek. Ez oda vezetne, hogy a középpontba esnek, és energiák "kenetét" sugározzák az elektromágneses spektrumban, miközben zuhannak. De ismert volt, hogy az elektronok keringenek stabilan, és kisugárzott energiájuk diszkrét mennyiségben, spektrális vonalaknak nevezik őket.

Bohr modellje a Rutherford modell kiterjesztése volt, és három posztulátumot tartalmazott:

1. Az elektronok bizonyos diszkrét, stabil pályákon képesek energiát sugározni.
2. Ezeknek a speciális pályáknak olyan szögmomentumértékeik vannak, amelyek a redukált Planck-féle konstans ħ egész számának a többszörösei (néha h-barnak hívják).
3. Az elektronok csak nagyon meghatározott mennyiségű energiát nyerhetnek vagy veszíthetnek, ha diszkrét lépésekben ugranak egyik pályáról a másikra, elnyelik vagy kibocsájtják egy meghatározott frekvenciájú sugárzást.

Bohr modellje jó elsőrendű közelítést nyújt az egyszerű atomok, például a hidrogénatom energiaszintjeihez.

Az elektron szögletének meg kell felelnie

holmaz elektron tömege,va sebessége,raz a sugár, amely körül kering a mag és a kvantumszámnegy nem nulla egész szám. Mivel a legalacsonyabb értékenértéke 1, ez adja meg az orbitális sugár lehető legkisebb értékét. Ezt Bohr-sugárnak nevezik, és körülbelül 0,0529 nanométer. Az elektron nem lehet közelebb a maghoz, mint a Bohr-sugár, és még mindig stabil pályán állhat.

Minden értékenhatározott energiát szolgáltat meghatározott sugárban, amelyet energiahéjnak vagy energiaszintnek nevezünk. Ezekben a pályákban az elektron nem sugároz energiát, ezért nem esik bele a magba.

Bohr modellje összhangban áll az olyan kvantumelmélethez vezető megfigyelésekkel, mint például Einstein fotoelektromos hatása, az anyaghullámok és a fotonok létezése (bár Bohr nem hitt a fotonok).

A Rydberg-formula empirikusan ismert volt Bohr modellje előtt, de illeszkedik Bohr által a gerjesztett állapotok közötti átmenetekhez vagy ugrásokhoz kapcsolódó energiák leírásához. Az adott pályaátmenethez kapcsolódó energia az

holR_Ea Rydberg-állandó, ésn_fésn_énana végső és a kezdő pályák értékei.

Bohr modellje hibás értéket ad az alapállapot (legalacsonyabb energiaállapot) szögmomentumának; modellje icts értéket jósol, ha a valódi érték nulla. A modell nem hatékony a nagyobb atomok vagy egynél több elektront tartalmazó atomok energiaszintjének előrejelzésében sem. A legpontosabb, ha hidrogénatomra alkalmazzák.

A modell megsérti Heisenberg bizonytalansági elvét, mivel az elektronokat ismert pályának tekintiéshelyszínek. A bizonytalansági elv szerint ez a két dolog nem ismerhető meg egyszerre egy kvantumrészecskéről.

Vannak olyan kvantumhatások is, amelyeket a modell nem magyaráz meg, mint például a Zeeman-effektus, valamint a finom és hiperfinom szerkezet megléte a spektrális vonalakban.

Két fő atommodellt hoztak létre Bohr előtt. Dalton modelljében az atom egyszerűen az anyag alapvető egysége volt. Az elektronokat nem vették figyelembe. J.J. Thomson szilva puding modellje Dalton kiterjesztése volt, amely az elektronokat olyan szilárd anyagba ágyazta, mint egy puding mazsola.

Schrödinger elektronfelhő modellje Bohr után jött, és az elektronokat szférikus valószínűségű felhőkként reprezentálta, amelyek sűrűbben nőnek a mag közelében.