Az Atom Bohr-modellje

A Bohr-modell atomja egy kicsi, pozitív töltésű atomból áll, amelyet negatív töltésű elektronok keringnek. Itt közelebbről megnézem a Bohr-modellt, amelyet néha Rutherford-Bohr-modellnek is neveznek.

Niels Bohr 1915-ben javasolta az Atom Bohr-modelljét. Mivel a Bohr-modell a korábbi Rutherford-modell módosítása, egyesek a Bohr-modellt Rutherford-Bohr-modellnek hívják. Az atom modern modellje kvantummechanikán alapszik. A Bohr-modell tartalmaz néhány hibát, de azért fontos, mert az atomelmélet legtöbb elfogadott tulajdonságát leírja, anélkül hogy a modern változat magas szintű matematikája lenne. A korábbi modellektől eltérően a Bohr-modell magyarázza a spektrális emissziós vonalak Rydberg-képletét atomos hidrogénatom.

A Bohr-modell egy bolygómodell, amelyben a negatívan töltött elektronok keringnek egy kicsi, pozitív töltésű atommaggal, amely hasonló a Nap körül keringő bolygókhoz (azzal a különbséggel, hogy a pályák nem síkbeli). A Naprendszer gravitációs ereje matematikailag hasonlít a pozitív töltésű mag és a negatívan töltött elektronok közötti Coulomb (elektromos) erőhez.

• Az elektronok keringnek a mag körül olyan keringési pályákon, amelyek meghatározott méretű és energiájúak.
• A pálya energiája a méretével függ össze. A legalacsonyabb energia a legkisebb pályán található.
• A sugárzás elnyelődik vagy bocsát ki, amikor egy elektron az egyik pályáról a másikra mozog.

A Bohr-modell legegyszerűbb példája a hidrogénatomra (Z = 1) vagy egy hidrogénszerű ionra (Z> 1), amelyben egy negatív töltésű elektron kering egy kicsi pozitív töltésű magon. Elektromágneses energia abszorbeálódik vagy kibocsátódik, ha egy elektron az egyik pályáról a másikra mozog. Csak bizonyos elektron kering megengedettek. A lehetséges pályák sugara n-vel növekszik², ahol n jelentése fő kvantumszám. A 3 → 2 átmenet létrehozza a Balmer sorozat. Hidrogénnél (Z = 1) ez 656 nm hullámhosszú fotont eredményez (vörös fény).

A nehezebb atomok több protont tartalmaznak a magban, mint a hidrogénatom. Több elektronra volt szükség az összes proton pozitív töltésének kiküszöbölésére. Bohr úgy vélte, hogy minden elektronpálya csak meghatározott számú elektronot képes tartani. Miután a szint megtelt, további elektronokat felrobbant a következő szintre. Így a nehezebb atomokra vonatkozó Bohr-modell elektronhéjakat írt le. A modell kifejtette a nehezebb atomok néhány olyan atomtulajdonságát, amelyeket még soha nem reprodukáltak. Például a héjmodell elmagyarázta, miért csökkentek az atomok a periodikus tábla egy szakaszában (sorában), még akkor is, ha több protonuk és elektronuk volt. Azt is elmagyarázta, hogy a nemesgázok miért inertek és miért vonzzák az periodikus táblázat bal oldalán lévő atomok elektronokat, míg a jobb oldalon lévők elveszítik őket. Ugyanakkor a modell feltételezte, hogy a héjban lévő elektronok nem kölcsönhatásba léptek egymással, és nem tudták megmagyarázni, miért tűnt úgy, hogy az elektronok szabálytalan módon rakódnak össze.

• Ez sérti a Heisenbergi bizonytalanság elve mert úgy véli, hogy az elektronok sugara és körüli iránya ismert.
• A Bohr-modell helytelen értéket ad az alapállapothoz orbitális szögmozgás.
• Gyenge előrejelzéseket tesz a nagyobb atomok spektrumára vonatkozóan.
• Nem jósolja meg a spektrális vonalak relatív intenzitását.
• A Bohr-modell nem magyarázza meg a finom és hiperfinom szerkezetet a spektrális vonalakban.
• Nem magyarázza a Zeeman-effektusot.

A Bohr-modell legszembetűnőbb finomítása a Sommerfeld-modell volt, amelyet néha Bohr-Sommerfeld-modellnek hívnak. Ebben a modellben az elektronok elliptikus pályákon mozognak a mag körül, nem pedig körkörös pályákon. A Sommerfeld-modell jobban magyarázta az atomi spektrális hatásokat, mint például a Stark-effektus a spektrális vonal felosztásánál. A modell azonban nem tudta beilleszteni a mágneses kvantumszámot.

Végül a Bohr-modellt és az azt alapuló modelleket váltotta fel Wolfgang Pauli kvantummechanikán alapuló modellje 1925-ben. Ezt a modellt továbbfejlesztették, hogy előállítsa a modern modellt, amelyet Erwin Schrodinger 1926-ban mutatott be. Manapság a hidrogénatom viselkedését hullámmechanikával magyarázzuk az atompályák leírására.

• Lakhtakia, Akhlesh; Salpeter, E. Edwin (1996). "A hidrogén modellei és modellezői". American Journal of Physics. 65 (9): 933. Bibcode: 1997AmJPh..65..933L. doi:10.1119/1.18691
• Linus Carl Pauling (1970). "5-1. Fejezet". Általános kémia (3. kiadás). San Francisco: W.H. Freeman & Co. ISBN 0-486-65622-5.
• Niels Bohr (1913). "Az atomok és molekulák alkotásáról, I. rész" (PDF). Filozófiai magazin. 26 (151): 1–24. doi:10.1080/14786441308634955
• Niels Bohr (1914). "A hélium és a hidrogén spektruma". Természet. 92 (2295): 231–232. doi: 10.1038 / 092231d0