20 세기 초 덴마크의 물리학 자 닐스 보어는 원자 이론과 양자 물리학에 많은 공헌을했습니다. 이들 중 원자 모델은 어니스트 러더 포드의 이전 원자 모델을 개선 한 버전입니다. 이것은 공식적으로 Rutherford-Bohr 모델로 알려져 있지만, 줄여서 Bohr 모델이라고도합니다.
원자의 보어 모델
Rutherford의 모델에는 확산 된 전자 구름으로 둘러싸인 조밀하고 양전하를 띤 핵이 포함되어 있습니다. 이것은 자연스럽게 원자의 행성 모델로 이어졌고, 핵은 태양 역할을하고 전자는 소형 태양계와 같은 원형 궤도의 행성 역할을합니다.
그러나이 모델의 주요 실패는 전자 (행성와 달리)가 0이 아닌 전하를 가졌기 때문에 핵 궤도를 돌면서 에너지를 방출한다는 것입니다. 이것은 그들이 떨어질 때 전자기 스펙트럼을 가로 질러 에너지의 "번짐"을 방출하면서 중앙으로 떨어지게 할 것입니다. 그러나 전자는 안정된 궤도를 가지고 있으며 방사 에너지는 스펙트럼 선이라고 불리는 이산적인 양으로 발생하는 것으로 알려져 있습니다.
Bohr의 모델은 Rutherford 모델의 확장이며 세 가지 가정을 포함합니다.
- 전자는 에너지를 방출하지 않고 특정 이산 안정 궤도에서 이동할 수 있습니다.
- 이러한 특수 궤도에는 감소 된 플랑크 상수 ħ (h-bar라고도 함)의 정수 배수 인 각운동량 값이 있습니다.
- 전자는 한 궤도에서 다른 궤도로 이동하면서 특정 주파수의 방사선을 흡수하거나 방출함으로써 매우 특정한 양의 에너지를 얻거나 잃을 수 있습니다.
양자 역학에서의 보어의 모델
Bohr의 모델은 수소 원자와 같은 단순한 원자에 대한 에너지 준위의 좋은 1 차 근사치를 제공합니다.
전자의 각운동량은
L = mvr = n \ hbar
어디미디엄전자의 질량,V속도입니다.아르 자형핵과 양자 수를 공전하는 반경입니다.엔0이 아닌 정수입니다. 가장 낮은 값 이후엔1이면 궤도 반경의 가능한 가장 낮은 값을 제공합니다. 이것은 보어 반경으로 알려져 있으며 약 0.0529 나노 미터입니다. 전자는 보어 반경보다 핵에 더 가까울 수 없으며 여전히 안정적인 궤도에 있습니다.
각 가치엔에너지 쉘 또는 에너지 레벨로 알려진 명확한 반경에서 명확한 에너지를 제공합니다. 이 궤도에서 전자는 에너지를 방출하지 않으므로 핵으로 떨어지지 않습니다.
보어의 모델은 아인슈타인의 광전과 같은 양자 이론으로 이어지는 관찰과 일치합니다. 효과, 물질파 및 광자의 존재 (보어는 광자).
Rydberg 공식은 Bohr의 모델 이전에 경험적으로 알려졌지만 여기 상태 사이의 전이 또는 점프와 관련된 에너지에 대한 Bohr의 설명과 일치합니다. 주어진 궤도 전이와 관련된 에너지는 다음과 같습니다.
E = R_E \ bigg (\ frac {1} {n_f ^ 2}-\ frac {1} {n_i ^ 2} \ bigg)
어디아르 자형이자형Rydberg 상수이고엔에프과엔나는입니다엔각각 최종 및 초기 궤도의 값.
보어 모델의 단점
Bohr의 모델은지면 상태 (최저 에너지 상태)의 각운동량에 대해 잘못된 값을 제공합니다. 이 모델은 실제 값이 0으로 알려진 경우 ħ 값을 예측합니다. 이 모델은 더 큰 원자 또는 둘 이상의 전자가있는 원자의 에너지 수준을 예측하는데도 효과적이지 않습니다. 수소 원자에 적용될 때 가장 정확합니다.
이 모델은 전자가 알려진 궤도를 가지고 있다고 간주한다는 점에서 하이젠 베르크의 불확실성 원리를 위반합니다.과위치. 불확실성 원리에 따르면이 두 가지는 양자 입자에 대해 동시에 알 수 없습니다.
Zeeman 효과와 스펙트럼 라인의 미세 및 초 미세 구조의 존재와 같이 모델에서 설명하지 않는 양자 효과도 있습니다.
원자 구조의 다른 모델
두 가지 주요 원자 모델이 보어보다 먼저 만들어졌습니다. Dalton의 모델에서 원자는 단순히 물질의 기본 단위였습니다. 전자는 고려되지 않았습니다. J.J. Thomson의 자두 푸딩 모델은 Dalton의 확장으로, 전자가 푸딩의 건포도와 같은 고체에 박혀있는 것으로 표현되었습니다.
Schrödinger의 전자 구름 모델은 Bohr의 뒤를이었으며 전자를 핵 근처에서 밀도가 높아지는 확률의 구형 구름으로 표현했습니다.