20. yüzyılın başlarında, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, atom teorisi ve kuantum fiziğine birçok katkı yaptı. Bunlar arasında, Ernest Rutherford'un önceki atom modelinin geliştirilmiş bir versiyonu olan atom modeli var. Bu resmen Rutherford-Bohr modeli olarak bilinir, ancak genellikle kısaca Bohr modeli olarak adlandırılır.
Atomun Bohr Modeli
Rutherford'un modeli, dağınık bir elektron bulutu ile çevrili, kompakt, pozitif yüklü bir çekirdek içeriyordu. Bu doğal olarak atomun gezegensel bir modeline yol açtı; çekirdeğin güneş ve elektronların minyatür bir güneş sistemi gibi dairesel yörüngelerde gezegenler gibi davrandığı.
Bununla birlikte, bu modelin önemli bir başarısızlığı, elektronların (gezegenlerden farklı olarak) sıfırdan farklı bir elektrik yüküne sahip olmaları ve bu nedenle çekirdeğin yörüngesinde dönerken enerji yaymalarıydı. Bu onların merkeze düşmesine ve düştükleri sırada elektromanyetik spektrum boyunca bir enerji "bulaşması" yamasına yol açacaktır. Ancak elektronların kararlı yörüngeleri olduğu ve yayılan enerjilerinin spektral çizgiler adı verilen ayrı miktarlarda meydana geldiği biliniyordu.
Bohr'un modeli, Rutherford modelinin bir uzantısıydı ve üç önerme içeriyordu:
- Elektronlar, enerji yaymadan belirli ayrık kararlı yörüngelerde hareket edebilirler.
- Bu özel yörüngeler, indirgenmiş Planck sabitinin ħ (bazen h-bar olarak adlandırılır) tamsayı katları olan açısal momentum değerlerine sahiptir.
- Elektronlar, yalnızca belirli bir frekanstaki radyasyonu emerek veya yayarak, ayrı adımlarla bir yörüngeden diğerine atlayarak çok özel miktarlarda enerji kazanabilir veya kaybedebilir.
Kuantum Mekaniğinde Bohr Modeli
Bohr'un modeli, hidrojen atomu gibi basit atomlar için iyi bir birinci dereceden enerji seviyeleri tahmini sağlar.
Bir elektronun açısal momentumu,
L = mvr = n\hbar
neredemelektronun kütlesi,vonun hızı,rçekirdeğin ve kuantum sayısının yörüngesinde döndüğü yarıçaptırnsıfır olmayan bir tam sayıdır. en düşük değerinden berin1 ise, yörünge yarıçapının mümkün olan en düşük değerini verir. Bu Bohr yarıçapı olarak bilinir ve yaklaşık olarak 0.0529 nanometredir. Bir elektron çekirdeğe Bohr yarıçapından daha yakın olamaz ve yine de kararlı bir yörüngede olabilir.
Her bir değernenerji kabuğu veya enerji seviyesi olarak bilinen belirli bir yarıçapta belirli bir enerji sağlar. Bu yörüngelerde elektron enerji yaymaz ve bu nedenle çekirdeğe düşmez.
Bohr'un modeli, Einstein'ın fotoelektrik modeli gibi kuantum teorisine yol açan gözlemlerle tutarlıdır. etkisi, madde dalgaları ve fotonların varlığı (Bohr, fotonlar).
Rydberg formülü, Bohr'un modelinden önce ampirik olarak biliniyordu, ancak Bohr'un uyarılmış durumlar arasındaki geçişler veya sıçramalarla ilişkili enerjilerin tanımına uyuyor. Belirli bir yörünge geçişi ile ilişkili enerji,
E=R_E\bigg(\frac{1}{n_f^2}-\frac{1}{n_i^2}\bigg)
nerede$ERydberg sabitidir venfvenbenbunlarnsırasıyla son ve ilk orbitallerin değerleri.
Bohr Modelinin Eksiklikleri
Bohr'un modeli, temel durumun (en düşük enerji durumunun) açısal momentumu için yanlış bir değer verir; modeli, gerçek değerin sıfır olduğu bilindiğinde ħ değerini tahmin eder. Model ayrıca daha büyük atomların veya birden fazla elektronlu atomların enerji seviyelerini tahmin etmede de etkili değildir. Bir hidrojen atomuna uygulandığında en doğrudur.
Model, elektronların bilinen yörüngelere sahip olduğunu düşündüğü için Heisenberg'in belirsizlik ilkesini ihlal ediyor.vekonumlar. Belirsizlik ilkesine göre, bir kuantum parçacığı hakkında bu iki şey aynı anda bilinemez.
Zeeman etkisi ve spektral çizgilerde ince ve aşırı ince yapının varlığı gibi model tarafından açıklanmayan kuantum etkileri de vardır.
Atom Yapısının Diğer Modelleri
Bohr'dan önce iki ana atom modeli oluşturuldu. Dalton'un modelinde, bir atom basitçe maddenin temel bir birimiydi. Elektronlar dikkate alınmadı. JJ Thomson'ın erik pudingi modeli, elektronları bir pudingin içindeki kuru üzüm gibi katı bir maddenin içine gömülmüş olarak temsil eden Dalton'un modelinin bir uzantısıydı.
Schrödinger'in elektron bulutu modeli Bohr'dan sonra geldi ve elektronları çekirdeğin yakınında yoğunlaşan küresel olasılık bulutları olarak temsil etti.