Περιορισμοί της ατομικής θεωρίας του Bohr

Σύμφωνα με το ατομικό μοντέλο του Δανού φυσικού Niel Bohr, ένα άτομο περιλαμβάνει έναν μικρό, φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια που ταξιδεύει σε στρογγυλές τροχιές κατά μήκος του πυρήνα με δύναμη που παρέχεται μέσω ηλεκτροστατικών δυνάμεων. Αυτή η εκδοχή της θεωρίας του Bohr βασίστηκε εξ ολοκλήρου στην κβαντική αρχή της ακτινοβολίας του Planck. Η ατομική αρχή του Bohr έγινε πολύ δημοφιλής στην εξήγηση της σταθερότητας του ατόμου και του ευρέος φάσματος ενός ατόμου υδρογόνου. Η ατομική αρχή του Bohr έκανε ακριβείς προβλέψεις για άτομα μικρότερου μεγέθους όπως το υδρογόνο.

Επιπλέον, αυτή η αρχή δεν εξήγησε την πρόσκρουση Stark, ενώ η φασματική γραμμή διασπάται σε ποιοτικές παραμορφώσεις κατά την εμφάνιση μιας ηλεκτροκίνητης πειθαρχίας. Ο Bohr έδωσε επίσης κάποια αξιώματα για να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε το ατομικό του μοντέλο. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί περιορισμοί στην ατομική θεωρία του Bohr.

Ατομική Θεωρία του Bohr

Σύμφωνα με το Ατομικό Μοντέλο του Bohr, ένα άτομο περιλαμβάνει έναν μικρό, φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια που περιστρέφονται σε στρογγυλές τροχιές λόγω ηλεκτροστατικών δυνάμεων κατά μήκος του πυρήνα.

Δηλώσεις του ατομικού μοντέλου του Bohr

Τα πιο σημαντικά αξιώματα του Ατομικού Μοντέλου του Bohr είναι τα εξής: 

1. Τα ηλεκτρόνια ρέουν κατά μήκος του πυρήνα σε θετικές κυκλικές διαδρομές που ονομάζονται τροχιές.
2. Κάθε τροχιά σχετίζεται με μια συγκεκριμένη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, και ως εκ τούτου, αυτές ονομάζονται εύρη ηλεκτρικής ενέργειας ή καταστάσεις ηλεκτρισμού. Οι περιοχές ηλεκτρικής ενέργειας αριθμούνται ως 1,2,3,4, κ.λπ. ή διακριτικά ως K, L, M, N, κ.λπ. Το στάδιο ηλεκτρικής ενέργειας που βρίσκεται πλησιέστερα στον πυρήνα είναι με αριθμό 1, που διακρίνεται ως κέλυφος Κ.
3. Κατά τη μετατόπιση ενός συγκεκριμένου σταδίου ηλεκτρικής ενέργειας, ένα ηλεκτρόνιο ούτε έχασε ούτε απέκτησε ηλεκτρική ενέργεια. Η ηλεκτρική ενέργεια ενός ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση ηλεκτρισμού συνήθως παραμένει σταθερή ή ακίνητη. Αυτό είναι γνωστό ως κανονικό ή επιδαπέδιο στάδιο.
4. Ένα ηλεκτρόνιο εκπέμπει ή απορροφά ηλεκτρισμό. Μεταπηδά από τη μια τροχιά ή ένα στάδιο ηλεκτρικής ενέργειας στην άλλη. Όταν μεταπηδά από ένα υψηλότερο σε ένα χαμηλότερο στάδιο ηλεκτρικής ενέργειας, εκπέμπει ηλεκτρική ενέργεια ακόμη και όταν απορροφά ηλεκτρική ενέργεια, ενώ μεταπηδά από ένα χαμηλότερο στάδιο ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα υψηλότερο στάδιο ηλεκτρικής ενέργειας.
5. Η ηλεκτρική ενέργεια που απορροφάται ή εκλύεται είναι πανομοιότυπη με τη διάκριση μεταξύ των ενεργειών και των δύο περιοχών ηλεκτρικής ενέργειας (E1, E2) και αποφασίζεται από την εξίσωση του Plank.

ΔE =E2-E1 =HV 

Όπου  E2 και E1 είναι οι ενέργειες των ηλεκτρονίων εντός της υψηλότερης και της χαμηλότερης περιοχής ηλεκτρικής ενέργειας, αντίστοιχα, ΔE είναι η διάκριση στις ενέργειες των περιοχών. Εδώ, το V επισημαίνεται ως η συχνότητα της ακτινοβολίας που εκπέμπεται ή απορροφάται.

Η μετάβαση των ηλεκτρονίων κυμαίνεται από χαμηλότερη σε υψηλότερη και αντίστροφα.

1. Όπως ο ηλεκτρισμός, η γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο θα έχει θετικές ειδικές ή διακριτές τιμές και πλέον δεν θα έχει καμία δική της τιμή. Οι καλύτερες δυνατές τιμές της γωνιακής ορμής δίνονται μέσω της έκφρασης mvr=nh/2π, δηλαδή, το h/2π θα μπορούσε να είναι ουσιώδες περισσότερο από ένα της γωνιακής ορμής του ηλεκτρονίου. Εδώ, m=μάζα του ηλεκτρονίου, ν=εφαπτομενική ταχύτητα ενός περιστρεφόμενου ηλεκτρονίου, r=ακτίνα της τροχιάς, h=κανονική του Planck και n=ακέραιος 1,2,3,

Όλα τα παραπάνω αξιώματα έχουν σημαντική σημασία στο μοντέλο ατομικής θεωρίας του Bohr, και χωρίς αυτά, δεν θα ήταν σε θέση να εξηγήσει τη θεωρία αποτελεσματικά.

Περιορισμοί

Οι περιορισμοί της ατομικής θεωρίας του Bohr είναι οι εξής:

• Η εκδοχή ενός ατόμου του Bohr δεν μπορούσε να εξηγήσει το ευρύ φάσμα των ατόμων που περιέχουν πολλαπλά ηλεκτρόνια, γνωστά ως άτομα πολλαπλών ηλεκτρονίων. Σύμφωνα με την αρχή του Bohr, μία και η καλύτερη φασματική γραμμή μπορεί να προέρχεται από ένα ηλεκτρόνιο μεταξύ οποιουδήποτε δεδομένου ηλεκτρισμού.
• Τα θετικά μεμονωμένα στελέχη διασπώνται σε ορισμένα πολύ προσεκτικά συνδεδεμένα στελέχη όταν χρησιμοποιείται πρακτική φασματοσκοπία. Η ζωή μιας από αυτές τις γραμμές δεν μπορούσε να οριστεί με βάση την αρχή του Bohr.
• Η αρχή του Bohr δεν έλαβε υπόψη την επίδραση της μαγνητικής πειθαρχίας στα φάσματα των ατόμων ή των ιόντων. Άλλαξε αφού οι ακτινοβολίες που εκπέμπουν άτομα τοποθετήθηκαν σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Κάθε φασματική γραμμή επιπροσθέτως διασπάται σε ορισμένα στελέχη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Zeeman.
• Ως αποτέλεσμα, δεν είναι πλέον δύσκολο να εξηγηθεί γιατί η φασματική γραμμή χωρίζεται σε πολυάριθμα πρόσθετα παρουσία μιας μαγνητικής πειθαρχίας. Ενώ η γραμμή καυσίμου υδρογόνου μεταβλήθηκε σε διεγερμένη σε μαγνητικό πεδίο, το παραγόμενο φάσμα εκπομπών άλλαξε σε διάσπαση. Η έκδοση του Bohr δεν μπορούσε να το εξηγήσει.
• Ένας άλλος περιορισμός της ατομικής θεωρίας του Bohr ήταν ότι απέτυχε να εξηγήσει τον αντίκτυπο μιας ηλεκτροκίνητης πειθαρχίας που ονομάζεται κρούση Stark στα φάσματα των ατόμων. Όταν ένα ύφασμα με φάσμα εκπομπής γραμμής τοποθετείται σε μια εξωτερική ηλεκτρική πειθαρχία, τα στελέχη του χύνονται σε ορισμένες προσεκτικά τοποθετημένες εντάσεις. Οι σχετικές εντάσεις των φασματικών στελεχών δεν μπορούν να προβλεφθούν χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχή.
• Η αρχή του Bohr όντως εξηγεί τα σχήματα των μορίων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του κατευθυντικού δεσμού μεταξύ των ατόμων. Όσον αφορά το μέγεθος, αυτή η έκδοση μπορεί να είναι πολύ συγκρατημένη. Κακές φασματικές προβλέψεις λαμβάνονται όταν εμπλέκονται μεγάλα άτομα.
• Το μοντέλο του Bohr δεν εξηγεί πλέον την αλήθεια ότι τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια δεν εκπέμπουν πλέον ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Σύμφωνα με τον Bohr, η ακτινοβολία εκπέμπεται ενώ ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από μια τροχιά ηλεκτρικής ενέργειας σε κάθε άλλη τροχιά ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, το πώς λαμβάνει χώρα αυτή η ακτινοβολία δεν καθορίζεται πάντα μέσω του Bohr. Παραβιάζει την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg.
• Το μοντέλο Bohr θεωρεί ότι τα ηλεκτρόνια έχουν αντίστοιχη ακτίνα και τροχιά, κάτι που δεν είναι σύμφωνο με την αρχή του Heisenberg. Ο Bohr υποθέτει ότι ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο τοποθετείται σε μια συγκεκριμένη αποκόλληση από τον πυρήνα και περιστρέφεται σφαιρικά με μια συγκεκριμένη ταχύτητα. Αυτό είναι περισσότερο σύμφωνο με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg.

Συμπέρασμα 

Η ατομική θεωρία του Bohr μιλά για ένα άτομο που περιλαμβάνει έναν μικρό, φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από κιτρόνια. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τροχιές κατά μήκος του πυρήνα με δύναμη που ασκείται μέσω ηλεκτροστατικών δυνάμεων. Το μοντέλο του Bohr είναι σημαντικό επειδή ήταν το πρώτο που υπέθεσε την κβαντοποίηση των διαδρομών ηλεκτρονίων σε τίτλους. Οι περιορισμοί της ατομικής θεωρίας του Bohr ήταν ότι δεν μπορούσε να εξηγήσει το ευρύ φάσμα των ατόμων που περιέχουν πολλαπλά ηλεκτρόνια, γνωστά ως άτομα πολλαπλών ηλεκτρονίων. Επιπλέον, δεν έλαβε υπόψη την επίδραση της μαγνητικής πειθαρχίας στα φάσματα των ατόμων ή των ιόντων. Αυτή η αρχή δεν μπορούσε να εξηγήσει τον αντίκτυπο ενός ηλεκτρικού πεδίου που ονομάζεται κρούση Stark στα φάσματα των ατόμων. Δεν προσφέρει πλέον καμία ένδειξη για να εξηγήσει τα σχήματα των μορίων που αναπηδούν από τον κατευθυντικό δεσμό μεταξύ των ατόμων.