Pada awal abad ke-20, fisikawan Denmark Niels Bohr memberikan banyak kontribusi pada teori atom dan fisika kuantum. Di antaranya adalah model atomnya, yang merupakan versi perbaikan dari model atom sebelumnya oleh Ernest Rutherford. Ini secara resmi dikenal sebagai model Rutherford-Bohr, tetapi sering disebut sebagai model Bohr.
Model Atom Bohr
Model Rutherford berisi inti yang kompak dan bermuatan positif yang dikelilingi oleh awan elektron yang menyebar. Ini secara alami mengarah pada model atom planet, dengan nukleus bertindak sebagai matahari dan elektron sebagai planet dalam orbit melingkar seperti tata surya mini.
Kegagalan utama model ini, bagaimanapun, adalah bahwa elektron (tidak seperti planet) memiliki muatan listrik yang tidak nol dan karena itu akan memancarkan energi saat mereka mengorbit nukleus. Hal ini akan menyebabkan mereka jatuh ke pusat, memancarkan "kotoran" energi melintasi spektrum elektromagnetik saat mereka jatuh. Tetapi diketahui bahwa elektron memiliki orbit yang stabil, dan energi radiasinya terjadi dalam jumlah yang terpisah yang disebut garis spektral.
Model Bohr adalah perpanjangan dari model Rutherford dan berisi tiga postulat:
- Elektron dapat bergerak dalam orbit stabil diskrit tertentu tanpa memancarkan energi.
- Orbit khusus ini memiliki nilai momentum sudut yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari konstanta Planck tereduksi (kadang-kadang disebut h-bar).
- Elektron hanya dapat memperoleh atau kehilangan energi dalam jumlah yang sangat spesifik dengan melompat dari satu orbit ke orbit lainnya dalam langkah-langkah diskrit, menyerap atau memancarkan radiasi dengan frekuensi tertentu.
Model Bohr dalam Mekanika Kuantum
Model Bohr memberikan perkiraan tingkat energi orde pertama yang baik untuk atom sederhana seperti atom hidrogen.
Momentum sudut elektron harus
L = mvr = n\hbar
dimanasayaadalah massa elektron,vadalah kecepatannya,radalah jari-jari di mana ia mengorbit inti dan bilangan kuantum quantumtidakadalah bilangan bulat bukan nol. Karena nilai terendah daritidakadalah 1, ini memberikan nilai jari-jari orbital serendah mungkin. Ini dikenal sebagai jari-jari Bohr, dan kira-kira 0,0529 nanometer. Sebuah elektron tidak bisa lebih dekat ke nukleus daripada jari-jari Bohr dan masih berada dalam orbit yang stabil.
Setiap nilai daritidakmemberikan energi tertentu pada radius tertentu yang dikenal sebagai kulit energi atau tingkat energi. Dalam orbit ini, elektron tidak memancarkan energi sehingga tidak jatuh ke dalam nukleus.
Model Bohr konsisten dengan pengamatan yang mengarah ke teori kuantum seperti fotolistrik Einstein efek, gelombang materi, dan keberadaan foton (walaupun Bohr tidak percaya adanya foton).
Rumus Rydberg dikenal secara empiris sebelum model Bohr, tetapi cocok dengan deskripsi Bohr tentang energi yang terkait dengan transisi atau lompatan antara keadaan tereksitasi. Energi yang terkait dengan transisi orbital tertentu adalah
E=R_E\bigg(\frac{1}{n_f^2}-\frac{1}{n_i^2}\bigg)
dimanaREadalah konstanta Rydberg, dantidakfdantidaksayaadalahtidaknilai orbital akhir dan orbital awal.
Kekurangan Model Bohr
Model Bohr memberikan nilai yang salah untuk momentum sudut (keadaan energi terendah) keadaan dasar; modelnya memprediksi nilai ketika nilai sebenarnya diketahui nol. Model ini juga tidak efektif dalam memprediksi tingkat energi atom yang lebih besar, atau atom dengan lebih dari satu elektron. Ini paling akurat bila diterapkan pada atom hidrogen.
Model ini melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg karena menganggap elektron memiliki orbit yang diketahuidanlokasi. Menurut prinsip ketidakpastian, kedua hal ini tidak dapat diketahui secara bersamaan tentang partikel kuantum.
Ada juga efek kuantum yang tidak dijelaskan oleh model, seperti efek Zeeman dan adanya struktur halus dan hiperhalus dalam garis spektral.
Model Struktur Atom Lainnya
Dua model atom utama diciptakan sebelum model Bohr. Dalam model Dalton, atom hanyalah unit dasar materi. Elektron tidak dipertimbangkan. JJ Model puding plum Thomson adalah perpanjangan dari Dalton, yang mewakili elektron sebagai tertanam dalam padatan seperti kismis dalam puding.
Model awan elektron Schrödinger muncul setelah model Bohr dan mewakili elektron sebagai awan bola probabilitas yang tumbuh lebih padat di dekat nukleus.