Το μοντέλο του Bohr

Το μοντέλο Bohr δηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε σταθερά ενεργειακά επίπεδα. Προοδευτικές τροχιές από τον πυρήνα υπάρχουν σε υψηλά ενεργειακά επίπεδα. Όταν τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν σε χαμηλό επίπεδο ενέργειας, εκπέμπουν ενέργεια με τη μορφή φωτός. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε μια τροχιά σταθερού μεγέθους και ισχύος. Η ισχύς μιας τροχιάς σχετίζεται με το μέγεθός της. Η χαμηλή ισχύς βρίσκεται σε πολύ μικρές τροχιές. Η ακτινοβολία απορροφάται ή απελευθερώνεται όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από τη μια τροχιά στην άλλη.

ΘΕΩΡΙΑ

Η θεωρία του Bohr λειτουργεί τροποποιώντας το μοντέλο της ατομικής δομής εξηγώντας ότι τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν σε σταθερά τροχιακά (κελύφη) και όχι οπουδήποτε στο ενδιάμεσο και εξήγησε επίσης ότι κάθε τροχιά (κέλυφος) έχει σταθερό επίπεδο ενέργειας. Ο Ράδερφορντ ουσιαστικά όρισε τον ατομικό πυρήνα και ο Μπορ μετέτρεψε αυτό το μοντέλο σε ηλεκτρόνια με τα ενεργειακά τους επίπεδα.

Μοντέλο του Ατόμου του Bohr

Το μοντέλο Bohr αποτελείται από έναν μικρό πυρήνα (θετικά φορτισμένο) που περιβάλλεται από αρνητικά ηλεκτρόνια που ταξιδεύουν γύρω από τον πυρήνα σε τροχιές. Ο Bohr διαπίστωσε ότι τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται μακριά από τον πυρήνα έχουν περισσότερη ενέργεια και τα ηλεκτρόνια κοντά στον πυρήνα έχουν λιγότερη ενέργεια.

Σε ένα άτομο, τα ηλεκτρόνια  περιστρέφουν έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα σε έναν ευθύ κύκλο που ονομάζεται τροχιές ή κελύφη.

Κάθε τροχιά ή κέλυφος έχει μια σταθερή δύναμη και αυτές οι κυκλικές κινήσεις είναι γνωστές ως τροχιακά κελύφη.

Τα επίπεδα ισχύος αντιπροσωπεύονται από έναν ακέραιο αριθμό (n =1, 2, 3…) γνωστό ως κβαντικοί αριθμοί. Αυτό το κβαντικό αριθμητικό εύρος ξεκινά από την πλευρά του πυρήνα με n =1 με το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας. Οι διαδρομές n =1, 2, 3, 4… δίνονται ως K, L, M, N…. κελύφη και όταν το ηλεκτρόνιο φτάσει σε χαμηλό ενεργειακό επίπεδο, λέγεται ότι βρίσκεται σε χαμηλή κατάσταση.

Τα ηλεκτρόνια στο άτομο μεταβαίνουν από χαμηλή ενέργεια σε υψηλή ενέργεια παίρνοντας την απαιτούμενη ενέργεια και το ηλεκτρόνιο πηγαίνει από υψηλή ενέργεια σε χαμηλή ενέργεια χάνοντας ενέργεια.

Όρια ατόμου μοντέλου του Bohr

• Το ατομικό μοντέλο του Bohr απέτυχε να εξηγήσει το φαινόμενο Zeeman (επίδραση μαγνητικού πεδίου στα ατομικά φάσματα).

• Απέτυχε επίσης να εξηγήσει το φαινόμενο Stark (η επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου στα ατομικά φάσματα).

• Παραβιάζει την πολιτική αβεβαιότητας του Heisenberg.

• Δεν ήταν δυνατός ο καθορισμός φασμάτων που λαμβάνονται από μεγάλα άτομα

ΑΤΟΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ BOHR

Ο Niels Bohr πρότεινε το μοντέλο Bohr του ατόμου το 1915. Επειδή το μοντέλο Bohr αντικαθιστά το προηγούμενο μοντέλο Rutherford, μερικοί άνθρωποι αποκαλούν το μοντέλο Bohr μοντέλο Rutherford-Bohr. Το σύγχρονο ατομικό μοντέλο βασίζεται στην κβαντική μηχανική. Το μοντέλο Bohr περιέχει ορισμένα σφάλματα, αλλά είναι σημαντικό γιατί εξηγεί πολλές από τις αποδεκτές πτυχές της ατομικής θεωρίας, εκτός από όλα τα προηγμένα στατιστικά στοιχεία της σύγχρονης έκδοσης. Σε αντίθεση με τα προηγούμενα μοντέλα, το μοντέλο Bohr ορίζει τον τύπο του Rydberg για τις φασματικές γραμμές φασματικής εκπομπής.

Το μοντέλο του Μπορ είναι ένα πλανητικό μοντέλο στο οποίο τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικά φορτία που περιστρέφονται γύρω από έναν μικρό πυρήνα, με θετικό φορτίο παρόμοιο με τους πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο (εκτός από το ότι οι τροχιές δεν σχεδιάζουν). Η βαρυτική δύναμη του ηλιακού συστήματος είναι παρόμοια με τη δύναμη Coulomb (ηλεκτρική) μεταξύ ενός πυρήνα με θετικό φορτίο και αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.

ΘΕΩΡΙΑ BOHR

Βασικά σημεία του μοντέλου Bohr

Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε μια τροχιά σταθερού μεγέθους και ισχύος.

Η ισχύς μιας τροχιάς σχετίζεται με το μέγεθός της. Η χαμηλή ισχύς βρίσκεται σε πολύ μικρές τροχιές.

Η ακτινοβολία απορροφάται ή απελευθερώνεται όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από τη μια τροχιά στην άλλη.

Μοντέλο υδρογόνου του Bohr

Το απλούστερο παράδειγμα ενός μοντέλου Bohr είναι ένα άτομο υδρογόνου (Z =1) ή ένα ιόν υδρογόνου (Z> 1), στο οποίο ένα ηλεκτρόνιο με αρνητικά φορτία περιβάλλει έναν μικρό θετικό πυρήνα. Το μαγνητικό πεδίο θα απορροφηθεί ή θα απελευθερωθεί εάν το ηλεκτρόνιο μετακινηθεί από τη μια τροχιά στην άλλη. Επιτρέπονται μόνο ορισμένες τροχιές ηλεκτρονίων. Η δυνητική ακτίνα ακτινοβολίας αυξάνεται ως n2, όπου n είναι ο πρώτος κβαντικός αριθμός. Η έκδοση 3 → 2 παράγει την πρώτη σειρά της σειράς Balmer. Με το υδρογόνο (Z =1) αυτό παράγει ένα μήκος κύματος 656 nm (κόκκινο φως).

Το μοντέλο του Bohr με περισσότερα βαριά άτομα

Τα βαριά άτομα περιέχουν περισσότερα πρωτόνια στον πυρήνα από τα άτομα υδρογόνου. Χρειάστηκαν περισσότερα ηλεκτρόνια για να ακυρωθεί το θετικό φορτίο όλων αυτών των πρωτονίων. Ο Bohr πίστευε ότι κάθε τροχιά ενός ηλεκτρονίου μπορούσε να χωρέσει έναν σταθερό αριθμό ηλεκτρονίων. Μόλις το επίπεδο ήταν γεμάτο, περισσότερα ηλεκτρόνια θα μεταφερθούν στο επόμενο επίπεδο. Έτσι, το μοντέλο Bohr των βαρέων ατόμων ορίζει τα ηλεκτρονιακά κελύφη. Το μοντέλο περιέγραψε μερικές από τις ατομικές δομές βαρέων ατόμων, που δεν είχαν παραχθεί ποτέ πριν. Για παράδειγμα, το μοντέλο φλοιού εξήγησε γιατί τα άτομα γίνονται μικρότερα στην περίοδο (γραμμή) του περιοδικού πίνακα, παρόλο που περιείχαν περισσότερα πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Εξήγησε επίσης γιατί τα αέρια υψηλής ενέργειας είναι αναποτελεσματικά και γιατί τα άτομα στην αριστερή πλευρά του πίνακα περιστασιακά προσελκύουν ηλεκτρόνια, ενώ εκείνα στη δεξιά λείπουν. Ωστόσο, το μοντέλο υπέθεσε ότι τα ηλεκτρόνια στα κελύφη δεν αλληλεπιδρούν και δεν μπορούσε να εξηγήσει γιατί τα ηλεκτρόνια φαινόταν να συσσωρεύονται με ασυνήθιστο τρόπο.

Προβλήματα με το μοντέλο του Bohr

Παραβιάζει την Πολιτική Αβεβαιότητας του Heisenberg επειδή θεωρεί ότι τα ηλεκτρόνια έχουν τόσο γνωστή ακτινοβολία όσο και τροχιά.

Το μοντέλο Bohr παρέχει μια εσφαλμένη τιμή για τη γωνιακή πίεση του κάτω άκρου.

Κάντε κακές προβλέψεις σχετικά με το φάσμα των μεγάλων ατόμων.

Δεν προβλέπει τη σχετική ακαμψία των φασματικών γραμμών.

Το μοντέλο Bohr δεν ορίζει την ιδανική δομή και την υπερλεπτή δομή σε φασματικές γραμμές.

Δεν ορίζει το φαινόμενο Zeeman.

Βελτίωση και Ανάπτυξη Μοντέλου Bohr

Η πιο εντυπωσιακή βελτίωση του μοντέλου Bohr ήταν το μοντέλο Sommerfeld, που μερικές φορές ονομάζεται μοντέλο Bohr-Sommerfeld. Σε αυτό το μοντέλο, τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν σε ελλειπτικές γραμμές γύρω από τον πυρήνα και όχι σε κυκλικές γραμμές. Το μοντέλο Sommerfeld ήταν καλύτερο στην περιγραφή των επιδράσεων των φασματικών ατόμων, παρόμοια με το φαινόμενο Stark στη διαίρεση της φασματικής γραμμής. Ωστόσο, το μοντέλο δεν μπορούσε να δεχτεί τον κβαντικό μαγνητικό αριθμό.

Τελικά, το μοντέλο Bohr και το μοντέλο Bohr – Sommerfeld αντικαταστάθηκαν από την κβαντική μηχανή βασισμένη στο μοντέλο Wolfgang Pauli το 1925. Αυτό το μοντέλο αναπτύχθηκε για να παράγει ένα σύγχρονο μοντέλο, που εισήχθη από τον Erwin Schrodinger το 1926. Σήμερα, η συμπεριφορά ενός ατόμου υδρογόνου ορίζεται χρησιμοποιώντας την κυματομηχανική για την περιγραφή των ατομικών τροχιακών.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Η θεωρία του Bohr εφαρμόζεται σε τύπους όπως το H που περιέχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο π.χ. Li2+. Η θεωρία του Bohr λειτουργεί στο υδρογόνο ως άτομα (σύστημα ενός ηλεκτρονίου). Τα άτομα Li2+ και H περιέχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο. Για αυτόν, το He2+ περιέχει 2, 0 ηλεκτρόνια, αντίστοιχα. Το έργο του Bohr είχε μια βαθιά επίδραση στη σύγχρονη κατανόησή μας για την εσωτερική λειτουργία του ατόμου. Ωστόσο, το μοντέλο του λειτούργησε καλά ως περιγραφή της εκπομπής του ατόμου υδρογόνου, αλλά ήταν πολύ περιορισμένη όταν χρησιμοποιήθηκε σε άλλα άτομα. Λίγο αφότου ο Bohr δημοσίευσε το μοντέλο του για τον ατομικό πλανήτη, έγιναν αρκετές νέες ανακαλύψεις, με αποτέλεσμα μια άλλη αναθεωρημένη ατομική θεωρία.