דגם אטומי של מאפייני בוהר, פוסטולטים, מגבלות

ה המודל האטומי של בוהר הוא ייצוג של האטום המוצע על ידי הפיזיקאי הדני נילס בוהר (1885-1962). המודל קובע כי האלקטרון נע במסלולים במרחק קבוע סביב הגרעין האטומי, המתאר תנועה מעגלית אחידה. המסלולים - או רמות האנרגיה, כפי שכינה אותם - הם בעלי אנרגיה שונה.

בכל פעם שהאלקטרון משנה את מסלולו, הוא פולט או סופג אנרגיה בכמויות קבועות הנקראות "quanta". בוהר הסביר את הספקטרום של האור הנפלט (או נספג) באטום המימן. כאשר אלקטרון נע ממסלול אחד למשנהו לעבר הגרעין, קיים אובדן אנרגיה ונפלטת אור, עם אורך גל ומאפייני אנרגיה.

Bohr ממוספר את רמות האנרגיה של האלקטרון, בהתחשב בכך קרוב יותר האלקטרון הוא לגרעין, נמוך יותר את מצב האנרגיה. בדרך זו, ככל שהאלקטרון רחוק יותר מן הגרעין, כך מספר האנרגיה הגבוה יותר יהיה ולכן מצב האנרגיה יהיה גבוה יותר.

אינדקס

• 1 מאפיינים עיקריים
  • 1.1 הוא מבוסס על מודלים ותיאוריות אחרות של הזמן
  • 1.2 ראיות ניסוייות
  • 1.3 אלקטרונים קיימים ברמות האנרגיה
  • 1.4 ללא אנרגיה אין תנועה של האלקטרון
  • 1.5 מספר האלקטרונים בכל שכבה
  • 1.6 אלקטרונים מסתובבים במסלולים מעגליים ללא אנרגיה קורנת
  • 1.7 מסלולים מותרים
  • 1.8 אנרגיה נפלטת או נספגת בקפיצות
• 2 פוסטולים של המודל האטומי של בוהר
  • 2.1 הנחה ראשונה
  • 2.2 הנחה שנייה
  • 2.3 הנחה שלישית
• 3 תרשים של רמות אנרגיה עבור אטומי מימן
• 4 3 המגבלות העיקריות של המודל Bohr
• מאמרים בעלי עניין
• 6 הפניות

מאפיינים עיקריים

המאפיינים של דגם Bohr חשובים כיוון שהם קובעים את הנתיב לקראת פיתוח מודל אטומי שלם יותר. אלה העיקריים הם:

הוא מבוסס על מודלים ותיאוריות אחרות של הזמן

המודל של בוהר היה הראשון לשלב את תורת הקוונטים הנתמכת על ידי המודל האטומי של רתרפורד ורעיונות שנלקחו מהאפקט הפוטואלקטרי של אלברט איינשטיין. למעשה איינשטיין ובור היו חברים.

ראיות ניסוייות

לפי מודל זה, האטומים קולטים או פולטים קרינה רק כאשר האלקטרונים קופצים בין המסלולים המותרים. הפיזיקאים הגרמניים ג'יימס פרנק וגוסטב הרץ השיגו ראיות ניסיוניות למדינות אלה ב -1914.

אלקטרונים קיימים ברמות האנרגיה

האלקטרונים מקיפים את הגרעין וקיימים ברמות אנרגיה מסוימות, שהן בדידות ומתוארות במספרים קוונטיים.

ערך האנרגיה של רמות אלו קיים כפונקציה של מספר n, הנקרא המספר הקוונטי הראשי, אשר ניתן לחשב במשוואות שיפורטו בהמשך.

ללא אנרגיה אין תנועה של האלקטרון

האיור לעיל מראה אלקטרון שעושה קפיצות קוונטיות.

על פי מודל זה, ללא אנרגיה אין תנועה של האלקטרון מרמה אחת לאחרת, בדיוק כמו ללא אנרגיה לא ניתן להרים חפץ שנפל או להפריד שני מגנטים.

Bohr הציע את הקוונטים כמו האנרגיה הנדרשת על ידי האלקטרון לעבור מרמה אחת לאחרת. הוא גם ציין כי רמת האנרגיה הנמוכה ביותר שנכבשה על ידי האלקטרון נקראת "מצב הקרקע". "מצב נרגש" הוא מצב לא יציב יותר, הנובע מעברו של אלקטרון לחלל אנרגיה גבוה יותר. 

מספר האלקטרונים בכל שכבה

האלקטרונים שמתאימים לכל שכבה מחושבים עם 2n² 

האלמנטים הכימיים המהווים חלק מהטבלה המחזורית, הנמצאים באותו עמוד, מכילים אותם אלקטרונים בשכבה האחרונה. מספר elecrones בארבע השכבות הראשונות יהיה 2, 8, 18 ו - 32.

האלקטרונים מסתובבים במסלולים מעגליים ללא אנרגיה מקרינה

על פי התבנית הראשונה של בוהר, האלקטרונים מתארים מסלולים מעגליים סביב גרעין האטום ללא אנרגיה קורנת.

המסלול מותר

על פי ההנחה השנייה של בוהר, המסלולים המותרים רק לאלקטרון הם אלה שעבורם המומנטום הזוויתי L של האלקטרון הוא מספר שלם של קבוע פלנק. מתמטית זה מתבטא כך:

אנרגיה נפלטה או נספגת בקפיצות

על פי התוספת השלישית, האלקטרונים היו פולטים או סופגים אנרגיה בקפיצות ממסלול אחד למשנהו. בקפיצה של מסלול, פוטון נפלט או נספג, שאנרגיתו מיוצגת מתמטית:

פוסטולטים של המודל האטומי של בוהר

Bohr נתן המשכיות המודל הפלנטרי של האטום, לפיה האלקטרונים סובבים סביב גרעין טעון חיובי, כמו גם את כוכבי הלכת סביב השמש.

עם זאת, מודל זה אתגרים אחד postulates של הפיסיקה הקלאסית. על פי זה, חלקיק עם מטען חשמלי (כמו האלקטרון) הנעה בנתיב מעגלי, צריך לאבד אנרגיה ברציפות על ידי פליטת קרינה אלקטרומגנטית. כאשר לאבד אנרגיה, האלקטרון יצטרך לעקוב אחר ספירלה עד ליפול בגרעין.

בוהר הניח כי חוקי הפיסיקה הקלאסית אינם המתאימים ביותר לתיאור היציבות שנצפתה באטומים, והוא הציג את שלוש ההנחות הבאות:

הראשון postulate

האלקטרון מסתובב סביב הגרעין במסלולים מעגלים, ללא קרינת אנרגיה. במסלולים אלה המומנטום הזוויתי של המסלול הוא קבוע.

עבור אלקטרונים של אטום רק מסלולים של רדיוס מסוימים מותרים, המתאימים לרמות מסוימות אנרגיה מוגדרת.

הנחה שנייה

לא כל המסלולים אפשריים. אבל ברגע שהאלקטרון נמצא במסלול המורשה, הוא נמצא במצב של אנרגיה ספציפית וקבועה ואינו פולט אנרגיה (מסלול אנרגיה נייח).

לדוגמה, באטומי המימן האנרגיות המותרות לאלקטרון ניתנות על ידי המשוואה הבאה:

האנרגיות האלקטרוניות של אטום מימן הנוצרות מהמשוואה לעיל הן שליליות עבור כל אחד מערכי n. ככל שה- n עולה, האנרגיה פחות שלילית, ולכן מגדילה.

כאשר n גדול מספיק - לדוגמה, n = ∞ - האנרגיה היא אפס ומייצגת כי האלקטרון שוחרר והאטום המיונן. זה מצב של אנרגיה אפס נמלים אנרגיה גדולה יותר מאשר מדינות עם אנרגיות שליליות.

הנחה שלישית

אלקטרון יכול להשתנות ממסלול אנרגיה נייח אחר באמצעות פליטה או ספיגה של אנרגיה.

האנרגיה הנפלטת או נספגת תהיה שווה להפרש האנרגיה בין שתי המדינות. אנרגיה זו היא בצורת פוטון והיא ניתנת על ידי המשוואה הבאה:

E = h ν

במשוואה זו E הוא האנרגיה (נספג או הנפלט), h הוא קבוע פלנק (הערך שלו הוא 6.63 x 10^-34 joule- שניות [J-s]) ו ν הוא תדירות האור, אשר היחידה היא 1 / s.

תרשים של רמות אנרגיה עבור אטומי מימן

מודל Bohr היה מסוגל להסביר בצורה משביעת רצון את הספקטרום של אטום המימן. לדוגמה, בטווח אורכי הגל של האור הנראה, ספקטרום הפליטה של ​​אטום המימן הוא כדלקמן:

בואו נראה איך אתה יכול לחשב את התדירות של כמה הלהקות אור שנצפו; לדוגמה, הצבע האדום.

באמצעות המשוואה הראשונה והחלפה n עבור 2 ו 3 אתה מקבל את התוצאות המופיעות בתרשים.

כלומר:

עבור n = 2, E₂ = -5.45 x 10^-19 י

עבור n = 3, E₃ = -2.42 x 10^-19 י

אז ניתן לחשב את ההבדל באנרגיה עבור שתי רמות:

ΔE = E₃ - ה₂ = (-2.42 - (- 5,45)) x 10 ^{- 19} = 3.43 x 10 ^{- 19} י

על פי המשוואה המוסברת בהנחה השלישית ΔE = h ν. לאחר מכן, ניתן לחשב ν (תדר של אור):

ν = ΔE / h

כלומר:

ν = 3.43 x 10^-19 J / 6.63 x 10^-34 J-s

ν = 4.56 x 10¹⁴ s^-1 או 4.56 x 10¹⁴ Hz

להיות λ = c / ν, ואת מהירות האור c = 3 x 10 ⁸ m / s, אורך הגל ניתן על ידי:

λ = 6,565 x 10 ^{- 7} מ '(656.5 ננומטר)

זהו ערך הגל של הלהקה האדומה שנצפתה בספקטרום של קווי המימן.

3 המגבלות העיקריות של המודל Bohr

1 - זה מתאים לספקטרום של אטום המימן, אבל לא לספקטרום של אטומים אחרים.

2 - המאפיינים המופרזים של האלקטרון אינם מיוצגים בתיאור זה כחלקיק קטן המסתובב סביב הגרעין האטומי.

3 - בוהר נכשל להסביר מדוע אלקטרומגנטיות קלאסית אינה חלה על המודל שלו. כלומר, מדוע האלקטרונים אינם פולטים קרינה אלקטרומגנטית כאשר הם נמצאים במסלול נייח.

מאמרים בעלי עניין

דגם אטומי של שרדינגר.

דגם אטומי של ברולי.

דגם אטומי של צ'אדוויק.

דגם אטומי של הייזנברג.

מודל אטומי של פרין.

מודל אטומי של תומסון.

מודל אטומי של דלתון.

דגם אטומי של דיראק ירדן.

מודל אטומי של דמוקריטוס.

הפניות

1. Brown, T. L. (2008). כימיה: המדע המרכזי. Upper Saddle River, ניו ג 'רזי: פירסון פרנטיס הול
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). פיזיקה קוונטית של אטומים, מולקולות, מוצקים, גרעינים, וחלקיקים. ניו יורק: ויילי
3. דגם אטומי של בוהר-סומרפלד. מקור: fisquiweb.es
4. יוסטן, מ. (1991). עולם הכימיה פילדלפיה, אבא: הוצאת סונדרס קולג ', עמ' 76-77.
5. Modèle de Bohr de l'Atome d'hydrogène. מתוך fr.khanacademy.org
6. איסלר, ק. רטרוספקטיבה סר לוטום: לה מוךל דה בוהר סנט. מקור: home.cern