Bohrov model: opredelitev in razvoj

V začetku 20. stoletja je danski fizik Niels Bohr veliko prispeval k atomski teoriji in kvantni fiziki. Med temi je njegov model atoma, ki je bil izboljšana različica prejšnjega atomskega modela Ernesta Rutherforda. Ta je uradno znan kot Rutherford-Bohrov model, vendar ga pogosto na kratko imenujejo tudi Bohrov model.

Rutherfordov model je vseboval kompaktno, pozitivno nabito jedro, obdano z difuznim oblakom elektronov. To je seveda privedlo do planetarnega modela atoma, pri čemer je jedro delovalo kot sonce, elektroni pa kot planeti v krožnih orbitah kot miniaturni sončni sistem.

Ključna napaka tega modela pa je bila, da so elektroni (za razliko od planetov) imeli ničelni električni naboj in bi zato sevali, ko so krožili okoli jedra. To bi povzročilo, da bi padli v središče in ob padcu oddajali "razmaz" energij po elektromagnetnem spektru. Toda bilo je znano, da imajo elektroni stabilne orbite in sevajoče se energije pojavljajo v ločenih količinah, imenovanih spektralne črte.

Bohrjev model je bil razširitev Rutherfordovega modela in je vseboval tri postulate:

1. Elektroni se lahko gibljejo v določenih diskretnih stabilnih orbitah, ne da bi sevali energijo.
2. Te posebne orbite imajo vrednosti kotnega momenta, ki so celoštevilski večkratniki zmanjšane Planckove konstante ħ (včasih imenovane tudi h-bar).
3. Elektroni lahko pridobijo ali izgubijo zelo specifične količine energije samo s preskakovanjem ene orbite v drugo v ločenih korakih, absorbiranjem ali oddajanjem sevanja določene frekvence.

Bohrjev model zagotavlja dober približek ravni energije za preproste atome, kot je atom vodika.

Kotni moment elektrona mora biti

kjemje masa elektrona,vje njegova hitrost,rje polmer, pri katerem kroži okoli jedra in kvantno številonje celo število, ki ni nič. Ker je najnižja vrednostnje 1, to daje najnižjo možno vrednost polmera orbite. To je znano kot Bohrov polmer in je približno 0,0529 nanometra. Elektron ne more biti bližje jedru kot Bohrov polmer in še vedno v stabilni orbiti.

Vsaka vrednostnzagotavlja določeno energijo v določenem polmeru, znanem kot energijska lupina ali raven energije. V teh orbitah elektron ne oddaja energije in tako ne pade v jedro.

Bohrjev model je skladen z opazovanji, ki vodijo v kvantno teorijo, kot je Einsteinova fotoelektrična učinek, snovni valovi in ​​obstoj fotonov (čeprav Bohr ni verjel v obstoj fotoni).

Rydbergova formula je bila empirično znana že pred Bohrovim modelom, vendar ustreza Bohrovemu opisu energij, povezanih s prehodi ali skoki med vzbujenimi stanji. Energija, povezana z določenim orbitalnim prehodom, je

kjeR_Eje Rydbergova konstanta inn_finn_jazsonvrednosti končne in začetne orbitale.

Bohrjev model daje napačno vrednost kotnega momenta osnovnega (najnižjega) stanja; njegov model napove vrednost ħ, če je znana resnična vrednost nič. Model prav tako ni učinkovit pri napovedovanju ravni energije večjih atomov ali atomov z več kot enim elektronom. Najbolj natančen je, če ga uporabimo za atom vodika.

Model krši Heisenbergovo načelo negotovosti, ker meni, da imajo elektroni znane orbiteinlokacijah. V skladu z načelom negotovosti teh dveh stvari ni mogoče istočasno poznati o kvantnem delcu.

Obstajajo tudi kvantni učinki, ki jih model ne razloži, na primer Zeemanov učinek in obstoj fine in hiperfine strukture v spektralnih črtah.

Pred Bohrovim sta bila ustvarjena dva glavna atomska modela. V Daltonovem modelu je bil atom preprosto temeljna enota snovi. Elektroni niso bili upoštevani. J.J. Thomsonov model slivovega pudinga je bil podaljšek Daltonovega, ki je predstavljal elektrone kot vdelane v trdno snov kot rozine v pudingu.

Schrödingerjev model elektronskega oblaka je prišel po Bohrovem in je predstavljal elektrone kot sferične verjetnostne oblake, ki se v bližini jedra gostejšajo.