Bohro modelis: apibrėžimas ir plėtra

20 amžiaus pradžioje danų fizikas Nielsas Bohras daug prisidėjo prie atominės teorijos ir kvantinės fizikos. Tarp jų yra jo atomo modelis, kuris buvo patobulinta ankstesnio Ernesto Rutherfordo atomo modelio versija. Tai oficialiai žinomas kaip „Rutherford-Bohr“ modelis, tačiau trumpai vadinamas „Bohr“ modeliu.

Rutherfordo modelyje buvo kompaktiškas, teigiamai įkrautas branduolys, apsuptas difuzinio elektronų debesies. Tai natūraliai atvedė prie atomo planetos modelio, kurio branduolys veikia kaip saulė, o elektronai - kaip planetos žiedinėse orbitose kaip miniatiūrinė Saulės sistema.

Tačiau pagrindinė šio modelio nesėkmė buvo ta, kad elektronai (skirtingai nei planetos) turėjo nulio elektrinį krūvį, todėl skleisdami energiją skrisdami aplink branduolį. Tai paskatintų juos nukristi į centrą, krisdami elektromagnetiniame spektre skleisti energijos „tepinėlį“. Bet buvo žinoma, kad elektronai skrieja stabiliai, o jų spinduliuojama energija įvyko atskirais kiekiais, vadinamais spektrinėmis linijomis.

Bohro modelis buvo „Rutherford“ modelio pratęsimas ir jame buvo trys postulatai:

1. Elektronai sugeba judėti tam tikrose diskrečiose stabiliose orbitose, neskleidžiant energijos.
2. Šios specialios orbitos turi kampinio impulso reikšmes, kurios yra sumažintos Plancko konstantos ħ (kartais vadinamos h-baru) sveikieji skaičiai.
3. Elektronai gali įgyti arba prarasti labai specifinius energijos kiekius tik šokdami iš vienos orbitos į kitą atskirais žingsniais, sugerdami ar skleisdami tam tikro dažnio spinduliuotę.

Bohro modelis suteikia gerą pirmos eilės paprastų atomų, tokių kaip vandenilio atomas, energijos lygių apytikslę vertę.

Elektrono kampinis impulsas turi būti

kurmyra elektrono masė,vyra jo greitis,ryra spindulys, kuriuo jis skrieja aplink branduolį ir kvantinį skaičiųnyra ne nulis sveikasis skaičius. Kadangi mažiausia vertėnyra 1, tai suteikia mažiausią įmanomą orbitos spindulio vertę. Tai vadinama Bohro spinduliu ir yra maždaug 0,0529 nanometrai. Elektronas negali būti arčiau branduolio nei Bohro spindulys ir vis tiek būti stabilioje orbitoje.

Kiekviena vertėnsuteikia apibrėžtą energiją tam tikru spinduliu, vadinamą energijos apvalkalu arba energijos lygiu. Šiose orbitose elektronas nespinduliuoja energijos ir todėl nepatenka į branduolį.

Bohro modelis atitinka stebėjimus, vedančius į kvantinę teoriją, pavyzdžiui, Einšteino fotoelektriką poveikis, materijos bangos ir fotonų egzistavimas (nors Bohr'as ir netikėjo fotonai).

Rydbergo formulė buvo žinoma empiriškai prieš Bohro modelį, tačiau ji atitinka Bohro aprašytą energijas, susijusias su perėjimais ar šuoliais tarp sužadintų būsenų. Su tam tikru orbitos perėjimu susijusi energija yra

kurR_Eyra Rydbergo konstanta irn_firn_iyranatitinkamai galutinės ir pradinės orbitos vertės.

Bohro modelis pateikia neteisingą pagrindinės būsenos (žemiausios energijos būsenos) kampinio impulso vertę; jo modelis numato value reikšmę, kai žinoma, kad tikroji vertė yra lygi nuliui. Modelis taip pat nėra efektyvus prognozuojant didesnių atomų arba daugiau nei vieną elektroną turinčių atomų energijos lygius. Jis tiksliausias, kai naudojamas vandenilio atome.

Modelis pažeidžia Heisenbergo neapibrėžtumo principą, nes mano, kad elektronai turi žinomas orbitasirvietose. Pagal neapibrėžtumo principą šių dviejų dalykų vienu metu negalima žinoti apie kvantinę dalelę.

Taip pat yra kvantinių efektų, kurie nepaaiškinami modeliu, pavyzdžiui, Zeemano efektas ir smulkiojo bei hiperpaprastosios struktūros egzistavimas spektrinėse linijose.

Du pagrindiniai atominiai modeliai buvo sukurti prieš Bohr'ą. Pagal Daltono modelį atomas buvo tiesiog pagrindinis materijos vienetas. Į elektronus nebuvo atsižvelgta. J.J. Thomsono slyvų pudingo modelis buvo Daltono pratęsimas, vaizduojantis, kad elektronai yra įdėti į kietą medžiagą, pavyzdžiui, razinas pudinge.

Schrödingerio elektronų debesies modelis atėjo po Bohro ir reprezentavo elektronus kaip sferinius tikimybės debesis, kurie tankiau auga šalia branduolio.