Modelul Bohr: definiție și dezvoltare

La începutul secolului al XX-lea, fizicianul danez Niels Bohr a adus numeroase contribuții la teoria atomică și la fizica cuantică. Printre acestea se numără modelul său de atom, care a fost o versiune îmbunătățită a modelului atomic anterior de către Ernest Rutherford. Acest lucru este cunoscut oficial ca modelul Rutherford-Bohr, dar este adesea numit pe scurt modelul Bohr.

Modelul Bohr al atomului

Modelul lui Rutherford conținea un nucleu compact, încărcat pozitiv, înconjurat de un nor difuz de electroni. Acest lucru a dus în mod natural la un model planetar al atomului, nucleul acționând ca soarele și electronii ca planete pe orbite circulare, ca un sistem solar miniatural.

Un eșec esențial al acestui model a fost însă că electronii (spre deosebire de planete) aveau sarcină electrică diferită de zero și, prin urmare, ar radia energie în timp ce orbitau nucleul. Acest lucru i-ar duce la căderea lor în centru, iradierea unui „frotiu” de energii prin spectrul electromagnetic în timp ce cădeau. Dar se știa că electronii aveau orbite stabile, iar energiile lor radiate au avut loc în cantități discrete numite linii spectrale.

Modelul lui Bohr era o extensie a modelului Rutherford și conținea trei postulate:

  1. Electronii sunt capabili să se miște în anumite orbite stabile discrete fără a radia energie.
  2. Aceste orbite speciale au valori ale impulsului unghiular care sunt multipli întregi ai constantei Planck reduse ħ (uneori numită h-bar).
  3. Electronii pot câștiga sau pierde cantități foarte specifice de energie sărind de la o orbită la alta în pași discreți, absorbind sau emitând radiații de o anumită frecvență.

Modelul lui Bohr în mecanica cuantică

Modelul lui Bohr oferă o apropiere bună a nivelurilor de energie pentru atomii simpli, cum ar fi atomul de hidrogen.

Momentul unghiular al unui electron trebuie să fie

L = mvr = n \ hbar

Undemeste masa electronului,veste viteza sa,reste raza la care orbitează nucleul și numărul cuanticneste un număr întreg diferit de zero. Deoarece cea mai mică valoare aneste 1, aceasta oferă cea mai mică valoare posibilă a razei orbitale. Aceasta este cunoscută sub numele de raza Bohr și are aproximativ 0,0529 nanometri. Un electron nu poate fi mai aproape de nucleu decât raza Bohr și poate fi totuși pe o orbită stabilă.

Fiecare valoare anfurnizează o energie definită la o rază definită cunoscută sub numele de înveliș de energie sau nivel de energie. Pe aceste orbite, electronul nu radiază energie și deci nu cade în nucleu.

Modelul lui Bohr este în concordanță cu observațiile care conduc la teoria cuantică, cum ar fi fotoelectricul lui Einstein efectul, undele de materie și existența fotonilor (deși Bohr nu credea în existența fotoni).

Formula Rydberg era cunoscută empiric înainte de modelul lui Bohr, dar se potrivește cu descrierea lui Bohr a energiilor asociate cu tranzițiile sau salturile între stările excitate. Energia asociată cu o tranziție orbitală dată este

E = R_E \ bigg (\ frac {1} {n_f ^ 2} - \ frac {1} {n_i ^ 2} \ bigg)

UndeREeste constanta Rydberg șinfșineusuntnvalorile orbitalelor finale și, respectiv, inițiale.

Neajunsurile modelului lui Bohr

Modelul lui Bohr oferă o valoare incorectă pentru impulsul unghiular al stării fundamentale (starea de energie cea mai mică); modelul său prezice o valoare de ħ atunci când se știe că valoarea reală este zero. Modelul nu este, de asemenea, eficient în prezicerea nivelurilor de energie ale atomilor mai mari sau ai atomilor cu mai mult de un electron. Este cel mai precis atunci când este aplicat pe un atom de hidrogen.

Modelul încalcă principiul incertitudinii lui Heisenberg prin faptul că consideră că electronii au orbite cunoscuteșilocații. Conform principiului incertitudinii, aceste două lucruri nu pot fi cunoscute simultan despre o particulă cuantică.

Există, de asemenea, efecte cuantice care nu sunt explicate de model, cum ar fi efectul Zeeman și existența unei structuri fine și hiperfine în liniile spectrale.

Alte modele de structură atomică

Două modele atomice principale au fost create înainte de a lui Bohr. În modelul lui Dalton, un atom era pur și simplu o unitate fundamentală a materiei. Electronii nu au fost luați în considerare. J.J. Modelul de budincă de prune al lui Thomson a fost o extensie a lui Dalton, care reprezenta electronii ca fiind încorporați într-un solid ca stafidele într-o budincă.

Modelul norilor de electroni ai lui Schrödinger a venit după cel al lui Bohr și a reprezentat electronii ca fiind nori sferici de probabilitate care cresc mai dens în apropierea nucleului.

  • Acțiune
instagram viewer