Bora modelis: definīcija un attīstība

20. gadsimta sākumā dāņu fiziķis Nīls Bohrs daudz ieguldīja atomu teorijā un kvantu fizikā. Starp tiem ir viņa atoma modelis, kas bija Ernesta Raterforda iepriekšējā atoma modeļa uzlabota versija. Tas ir oficiāli pazīstams kā Rutherford-Bohr modelis, taču to īsi sauc par Bohr modeli.

Rezerforda modelī bija kompakts, pozitīvi uzlādēts kodols, ko ieskauj izkliedēts elektronu mākonis. Tas dabiski noveda pie atoma planētas modeļa, kur kodols darbojas kā saule, bet elektroni - kā planētas apļveida orbītās kā miniatūra Saules sistēma.

Tomēr šī modeļa galvenā kļūme bija tā, ka elektroniem (atšķirībā no planētām) bija nulle elektriskā lādiņa un tāpēc tie izstarotu enerģiju, riņķojot ap kodolu. Tas novestu pie tā, ka viņi nokritīs centrā, krītot, visā elektromagnētiskajā spektrā izstarojot enerģiju "uztriepi". Bet bija zināms, ka elektroniem ir stabilas orbītas, un to izstarotās enerģijas notika atsevišķos daudzumos, ko sauc par spektrālajām līnijām.

Bora modelis bija Rutherford modeļa paplašinājums, un tajā bija trīs postulāti:

1. Elektroni spēj pārvietoties noteiktās diskrētās stabilās orbītās, neizstarojot enerģiju.
2. Šīm īpašajām orbītām ir leņķa impulsa vērtības, kas ir reducētās Plankas konstantes integ veseli skaitļi.
3. Elektroni var iegūt vai zaudēt ļoti specifiskus enerģijas daudzumus tikai tad, kad atsevišķās pakāpēs lec no vienas orbītas uz otru, absorbējot vai izstarojot noteiktas frekvences starojumu.

Bora modelis nodrošina labu pirmās pakāpes tuvinājumu enerģijas līmeņiem vienkāršiem atomiem, piemēram, ūdeņraža atomam.

Elektrona leņķiskajam impulsam jābūt

kurmir elektrona masa,vir tā ātrums,rir rādiuss, kurā tas riņķo ap kodolu un kvantu skaitlinir vesels skaitlis, kas nav nulle. Kopš zemākās vērtībasnir 1, tas dod zemāko iespējamo orbītas rādiusa vērtību. Tas ir pazīstams kā Bohr rādiuss, un tas ir aptuveni 0,0529 nanometri. Elektrons nevar būt tuvāk kodolam nekā Bohr rādiuss, un tas joprojām var atrasties stabilā orbītā.

Katra vērtībannodrošina noteiktu enerģiju noteiktā rādiusā, kas pazīstams kā enerģijas apvalks vai enerģijas līmenis. Šajās orbītās elektrons neizstaro enerģiju un tāpēc neietilpst kodolā.

Bora modelis atbilst novērojumiem, kas noved pie kvantu teorijas, piemēram, Einšteina fotoelektriskās efekts, matērijas viļņi un fotonu esamība (kaut arī Bohrs neticēja fotoni).

Rīdberga formula bija empīriski zināma pirms Bora modeļa, taču tā atbilst Bora aprakstam par enerģijām, kas saistītas ar pārejām vai lēcieniem starp ierosinātajiem stāvokļiem. Enerģija, kas saistīta ar noteiktu orbītas pāreju, ir

kurR_Eir Ridbergas konstante unn_funn_iirnattiecīgi pēdējās un sākotnējās orbitāles vērtības.

Bora modelis dod nepareizu vērtību pamatstāvokļa (zemākās enerģijas stāvokļa) leņķiskajam impulsam; tā modelis paredz vērtību ħ, ja ir zināms, ka patiesā vērtība ir nulle. Modelis arī nav efektīvs, lai prognozētu lielāku atomu vai atomu ar vairāk nekā vienu elektronu enerģijas līmeni. Tas ir visprecīzākais, ja to lieto ūdeņraža atomam.

Modelis pārkāpj Heisenberga nenoteiktības principu, jo uzskata, ka elektroniem ir zināmas orbītasunatrašanās vietas. Saskaņā ar nenoteiktības principu šīs divas lietas vienlaikus nevar zināt par kvantu daļiņu.

Ir arī kvantu efekti, kurus modelis neizskaidro, piemēram, Zeemana efekts un smalkas un hiperfinālas struktūras esamība spektrālajās līnijās.

Pirms Bora modeļa tika izveidoti divi galvenie atomu modeļi. Daltona modelī atoms bija vienkārši matērijas pamatvienība. Elektroni netika ņemti vērā. Dž. Tomsona plūmju pudiņa modelis bija Daltona pagarinājums, kas attēloja elektronus kā tādus cietos materiālos kā rozīnes pudiņā.

Šrēdingera elektronu mākoņu modelis nāca pēc Bora un pārstāvēja elektronus kā sfēriskus varbūtības mākoņus, kas blīvāk aug kodola tuvumā.