BOHROV ATOMSKI MODEL: ZNAČILNOSTI IN POSTULATI - FIZIČNO - 2026

Bohrov atomska Vzorec je predstavitev atomom danskega fizika Neils Bohr (1885-1962) spremembe. Model določa, da elektron potuje po orbiti na določeni razdalji okoli atomskega jedra, kar opisuje enakomerno krožno gibanje. Orbite - ali energetske ravni, kot jih je poimenoval - so različne energije.

Vsakič, ko elektron spremeni svojo orbito, oddaja ali absorbira energijo v fiksnih količinah, imenovanih "kvant". Bohr je razložil spekter svetlobe, ki ga atom vodika oddaja (ali absorbira). Ko se elektron premakne iz ene orbite v drugo proti jedru, pride do izgube energije in oddaja se svetloba z značilno valovno dolžino in energijo.

Vir: wikimedia.org. Avtor: Sharon Bewick, Adrignola. Ilustracija Bohrovega atomskega modela. Proton, orbita in elektrona.

Bohr je oštevilčil energijske ravni elektrona, če upoštevamo, da kolikor bližje je jedru elektronu, nižje je njegovo energijsko stanje. Tako je, kolikor dlje je elektron od jedra, večje bo število energijske ravni in s tem večje bo tudi energetsko stanje.

Glavne značilnosti

Značilnosti Bohrovega modela so pomembne, ker so določile pot do razvoja popolnejšega atomskega modela. Glavne so:

Podpirajo ga drugi modeli in teorije tistega časa

Bohrov model je bil prvi, ki je vključil kvantno teorijo, ki temelji na Rutherfordovem atomskem modelu in na idejah iz fotoelektričnega učinka Alberta Einsteina. V bistvu sta bila Einstein in Bohr prijatelja.

Eksperimentalni dokazi

Po tem modelu atomi absorbirajo ali oddajajo sevanje le, ko elektroni skačejo med dovoljeno orbito. Nemška fizika James Franck in Gustav Hertz sta leta 1914 pridobila eksperimentalne dokaze za ta stanja.

Elektroni obstajajo v energijski ravni

Elektroni obkrožajo jedro in obstajajo pri določenih energijskih nivojih, ki so diskretni in so opisani v kvantnih številkah.

Vrednost energije teh nivojev obstaja kot funkcija števila n, ki se imenuje glavno kvantno število, ki ga je mogoče izračunati z enačbami, ki bodo podrobneje opisane pozneje.

Brez energije ni gibanja elektrona

Vir: wikimedia.org. Avtor: Kurzon

Zgornja slika prikazuje kvantne preskoke elektronov.

Po tem modelu brez energije ni gibanja elektrona z ene ravni na drugo, tako kot brez energije ni mogoče dvigniti padlega predmeta ali ločiti dveh magnetov.

Bohr je predlagal kvant kot energijo, ki jo potrebuje elektron za prehod z ene ravni na drugo. Ugotovil je tudi, da se najnižja raven energije, ki jo zaseda elektron, imenuje "osnovno stanje". "Razburjeno stanje" je bolj nestabilno stanje, ki je posledica prehoda elektrona v orbitalno višjo energijo.

Število elektronov v vsaki lupini

Elektroni, ki se prilegajo vsaki lupini, se izračunajo z 2n ²

Kemični elementi, ki so del periodične tabele in so v istem stolpcu, imajo v zadnji lupini enake elektrone. Število elekron v prvih štirih slojih bi bilo 2, 8, 18 in 32.

Elektroni se vrtijo v krožnih orbitah, ne da bi sevali energijo

Po Bohrovem prvem postulatu elektroni opisujejo krožne orbite okoli jedra atoma brez sevalne energije.

Orbite so dovoljene

Po Bohrovem drugem postulatu so edine orbite, dovoljene za elektron, tiste, pri katerih je kotni moment L elektrona celo število, ki je večkratnik Planckove stalnice. Matematično je izraženo takole:

Energija, ki se oddaja ali absorbira v skokih

Po tretjem postulatu bi elektroni oddajali ali absorbirali energijo v skokih iz ene orbite v drugo. Pri skoku v orbito se oddaja ali absorbira foton, katerega energija je matematično predstavljena:

Bohrov atomski model postulira

Bohr je nadaljeval planetarni model atoma, po katerem so se elektroni vrteli okoli pozitivno nabitnega jedra, tako kot planeti okoli Sonca.

Vendar ta model izziva enega od postulatov klasične fizike. V skladu s tem mora delček z električnim nabojem (kot je elektron), ki se giblje po krožni poti, nenehno izgubljati energijo z oddajanjem elektromagnetnega sevanja. Ko izgublja energijo, bi moral elektron slediti spirali, dokler ne bi padel v jedro.

Nato je Bohr domneval, da zakoni klasične fizike niso najbolj primerni za opisovanje opažene stabilnosti atomov in predstavil naslednje tri postulate:

Prvi postulat

Elektroni gredo okoli jedra v orbitah, ki rišejo kroge, ne da bi sevali energijo. V teh orbitah je orbitalni kotni zagon stalen.

Za elektrone atoma so dovoljene le orbite določenih polmerov, ki ustrezajo določenim nivojem energije.

Drugi postulat

Niso možne vse orbite. Ko pa je elektron v orbiti, ki je dovoljena, je v stanju specifične in konstantne energije in ne oddaja energije (stacionarna energijska orbita).

Na primer, v atomu vodika so energije, dovoljene za elektron, podane z naslednjo enačbo:

V tej enačbi je vrednost -2,18 x 10 ^-18 je rydbergova konstanta za atom vodika, in n = quantum number lahko vrednosti od 1 do ∞.

Energije elektronov atoma vodika, ki so ustvarjene iz prejšnje enačbe, so negativne za vsako od vrednosti n. Ko se povečuje n, je energija manj negativna in se zato povečuje.

Kadar je n dovolj velik - na primer n = ∞ - je energija nič in pomeni, da se je elektron sprostil in atom ioniziral. To ničelno energijsko stanje vsebuje večjo energijo kot negativna.

Tretji postulat

Elektroni se lahko spreminjajo iz ene stacionarne energetske orbite z drugo z emisijami ali absorpcijo energije.

Izpuščena ali absorbirana energija bo enaka razliki v energiji med obema stanjima. Ta energija E je v obliki fotona in je dana z naslednjo enačbo:

E = h ν

V tej enačbi E je energija (absorbira ali oddaja), h je Planckova konstanta (njegova vrednost je 6,63 x 10 ^-34 joule-sekunde) in ν frekvenca svetlobe, katere enota je 1 / s .

Diagram nivoja energije za vodikove atome

Bohrov model je znal zadovoljivo razložiti spekter vodikovega atoma. Na primer, v območju valovne dolžine vidne svetlobe je emisijski spekter vodikovega atoma naslednji:

Poglejmo, kako je mogoče izračunati frekvenco nekaterih opazovanih svetlobnih pasov; na primer rdeča barva.

S prvo enačbo in nadomestitvijo 2 in 3 za n dobimo rezultate, prikazane na diagramu.

Se pravi:

Za n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

Za n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Nato je mogoče izračunati energijsko razliko za obe ravni:

ΔE = E ₃ - E ₂ = (-2,42 - (- 5,45)) x 10 ^{- 19} = 3,43 x 10 ^{- 19} J

Glede na enačbo, razloženo v tretjem postulatu ΔE = h ν. Torej, lahko izračunate ν (frekvenco svetlobe):

ν = ΔE / h

Se pravi:

ν = 3,43 x ^10–19 J / 6,63 x 10 ^–34 Js

ν = 4,56 x 10 ¹⁴ s ^-1 ali 4,56 x 10 ¹⁴ Hz

Ker je λ = c / ν in je svetlobna hitrost c = 3 x 10 ⁸ m / s, valovna dolžina je dana:

λ = 6.565 x 10 ^{- 7} m (656.5 nm)

To je vrednost valovne dolžine opazovanega rdečega pasu v spektru vodikove linije.

3 glavne omejitve modela Bohr

1- Prilagaja se spektru vodikovega atoma, ne pa spektrom drugih atomov.

2- Valovne lastnosti elektrona niso predstavljene v opisu le-tega kot majhnega delca, ki se vrti okoli atomskega jedra.

3- Bohr ne more razložiti, zakaj klasični elektromagnetizem ne velja za njegov model. To je razlog, zakaj elektroni ne oddajajo elektromagnetnega sevanja, ko so v nepremični orbiti.

Članki o interesu

Schrödingerjev atomski model.

De Brogliejev atomski model.

Chadwickov atomski model.

Heisenbergov atomski model.

Perrinov atomski model.

Thomson-ov atomski model.

Daltonov atomski model.

Atomski model Dirac Jordan.

Atomski model Democritusa.

Sommerfeldov atomski model.

Reference

1. Brown, TL (2008). Kemija: osrednja znanost. Reka Zgornje sedlo, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Kvantna fizika atomov, molekul, trdnih snovi, jeder in delcev. New York: Wiley
3. Atomski model Bohr-Sommerfeld. Pridobljeno: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Svet kemije. Philadelphia, Pa .: Založba Saunders College, str.76-78.
5. Model Bohr de l'atome d'hydrogène. Pridobljeno s strani fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Pridobljeno: home.cern