BOHRO ATOMINIS MODELIS: CHARAKTERISTIKOS IR POSTULATAI - FIZINIS - 2025

Boras atominės modelis yra siūlomos Danijos fizikas Neils Boro (1885-1962) atomo atstovavimą. Modelis nustato, kad elektronas skrieja orbitais nustatytu atstumu aplink atomo branduolį, apibūdindamas tolygų sukamajį judesį. Orbita - arba energijos lygmenys, kaip jis juos vadino, yra skirtingos energijos.

Kiekvieną kartą, kai elektronas keičia savo orbitą, jis skleidžia ar sugeria energiją fiksuotu kiekiu, vadinamu „kvantomis“. Bohas paaiškino vandenilio atomo skleidžiamos (arba absorbuojamos) šviesos spektrą. Kai elektronas juda iš vienos orbitos į kitą branduolio link, prarandama energija ir skleidžiama šviesa, turinti būdingą bangos ilgį ir energiją.

Šaltinis: wikimedia.org. Autorius: Sharon Bewick, Adrignola. Bohro atominio modelio iliustracija. Protonas, orbita ir elektronas.

Bohas sunumeruoja elektrono energijos lygius, manydamas, kad kuo arčiau elektronas yra branduolyje, tuo mažesnė jo energinė būsena. Taigi, kuo toliau nuo branduolio bus elektronas, tuo energijos lygis bus didesnis, taigi ir energijos būsena bus didesnė.

Pagrindinės funkcijos

Bohro modelio savybės yra svarbios, nes jos nulėmė kelią tobulesnio atominio modelio kūrimui. Pagrindiniai iš jų yra:

Tam pritaria kiti to meto modeliai ir teorijos

Bohro modelis pirmasis įtraukė kvantinę teoriją, pagrįstą Rutherfordo atominiu modeliu ir idėjomis, paimtomis iš Alberto Einšteino fotoelektrinio efekto. Tiesą sakant, Einšteinas ir Bohras buvo draugai.

Eksperimentiniai įrodymai

Pagal šį modelį atomai sugeria arba skleidžia radiaciją tik tada, kai elektronai šokinėja tarp leistinų orbitų. Vokiečių fizikai Jamesas Frankas ir Gustavas Hertzas 1914 m. Gavo eksperimentinius šių valstijų įrodymus.

Elektronai egzistuoja energijos lygiuose

Elektronai supa branduolį ir egzistuoja tam tikruose energijos lygiuose, kurie yra atskiri ir aprašomi kvantiniais skaičiais.

Šių lygių energijos vertė egzistuoja kaip skaičiaus n, vadinamo pagrindiniu kvantiniu skaičiumi, funkcija, kurią galima apskaičiuoti naudojant lygtis, kurios bus detalizuotos vėliau.

Be energijos nėra elektronų judėjimo

Šaltinis: wikimedia.org. Autorius: Kurzonas

Viršutinėje iliustracijoje parodytas elektronas, darantis kvantinius šuolius.

Pagal šį modelį, be energijos, elektronas negali judėti iš vieno lygio į kitą, lygiai taip pat kaip be energijos neįmanoma pakelti nukritusio objekto ar atskirti dviejų magnetų.

Bohas pasiūlė kvantą kaip energiją, reikalingą elektronui pereiti iš vieno lygio į kitą. Jis taip pat nustatė, kad žemiausias energijos lygis, kurį užima elektronai, vadinamas „pagrindine būsena“. „Susijaudinusi būsena“ yra nestabilesnė būsena, susidariusi elektronui pereinant į aukštesnės energijos orbitalę.

Elektronų skaičius kiekviename apvalkale

Kiekviename apvalkale esantys elektronai apskaičiuojami 2n ²

Cheminiai elementai, kurie yra periodinės lentelės dalis ir yra tame pačiame stulpelyje, turi tuos pačius elektronus paskutiniame apvalkale. Pirmuose keturiuose sluoksniuose elektronų skaičius būtų 2, 8, 18 ir 32.

Elektronai sukasi žiedinėmis orbitomis neišstardami energijos

Pagal Bohro pirmąjį postulatą, elektronai apibūdina žiedines orbitas aplink atomo branduolį, neišstardami energijos.

Leidžiamos orbitos

Remiantis antruoju Bohro postulatu, elektronui leidžiamos tik orbitos, kurių elektrono kampinis impulsas L yra sveikasis Plancko konstantos daugiklis. Matematiškai jis išreiškiamas taip:

Energija, skleidžiama ar absorbuojama šuoliais

Remiantis Trečiuoju postulatu, elektronai skleistų ar absorbuotų energiją šuoliuose iš vienos orbitos į kitą. Orbitos šuolio metu skleidžiamas arba absorbuojamas fotonas, kurio energija vaizduojama matematiškai:

Bohro atominis modelis postuluoja

Bohas tęsė atomo planetinį modelį, pagal kurį elektronai sukasi aplink teigiamai įkrautą branduolį, kaip ir planetos aplink Saulę.

Tačiau šis modelis ginčija vieną iš klasikinės fizikos postulatų. Pagal tai dalelė, turinti elektros krūvį (pvz., Elektroną), judančią apskritimu, turėtų nuolat prarasti energiją skleidžiant elektromagnetinę spinduliuotę. Praradęs energiją, elektronas turėtų sekti spirale, kol jis pateks į branduolį.

Tada Bohas padarė prielaidą, kad klasikinės fizikos dėsniai nėra patys tinkamiausi aprašyti stebimą atomų stabilumą, ir pateikė šiuos tris postulatus:

Pirmasis postulatas

Elektronas eina aplink branduolį orbitose, kurios nubrėžia apskritimus, neišstardamas energijos. Šiose orbitose orbitos kampinis impulsas yra pastovus.

Atomo elektronams leidžiamos tik tam tikro spindulio orbitos, atitinkančios tam tikrus apibrėžtus energijos lygius.

Antrasis postulatas

Ne visos orbitos yra įmanomos. Bet kai elektronas yra leidžiamoje orbitoje, jis yra būdingos ir pastovios energijos būsenoje ir neišskiria energijos (nejudanti energijos orbita).

Pavyzdžiui, vandenilio atome elektronei leistinos energijos pateikiamos pagal šią lygtį:

Šioje lygtyje vertė -2,18 x 10 ^–18 yra vandenilio atomo Rydbergo konstanta, o n = kvantinis skaičius gali reikštis nuo 1 iki ∞.

Vandenilio atomo elektronų energijos, generuojamos pagal ankstesnę lygtį, yra neigiamos kiekvienai iš n reikšmių. Kai n didėja, energija yra mažiau neigiama, todėl didėja.

Kai n yra pakankamai didelis, pavyzdžiui, n = ∞, energija yra lygi nuliui ir reiškia, kad elektronas buvo paleistas ir atomas jonizuotas. Ši nulinės energijos būsena turi daugiau energijos nei neigiamos energijos būsenos.

Trečias postulatas

Elektronas gali keistis iš vienos nejudančios energijos orbitos į kitą išmesdamas ar absorbuodamas energiją.

Išmetama ar absorbuota energija bus lygi energijos skirtumui tarp dviejų būsenų. Ši energija E yra fotono pavidalo ir gaunama pagal šią lygtį:

E = h ν

Šioje lygtyje E yra energija (absorbuota ar išmesta), h yra Plancko konstanta (jos vertė 6,63 x ^10–34 džaulės sekundės) ir ν yra šviesos dažnis, kurio vienetas yra 1 / s. .

Vandenilio atomų energijos lygio diagrama

Bohro modelis sugebėjo patenkinamai paaiškinti vandenilio atomo spektrą. Pavyzdžiui, matomos šviesos bangų ilgių diapazone vandenilio atomo emisijos spektras yra toks:

Pažiūrėkime, kaip galima apskaičiuoti kai kurių stebimų šviesos juostų dažnį; pavyzdžiui, raudonos spalvos.

Naudojant pirmąją lygtį ir pakeičiant n ir 2, gaunami diagramoje pateikti rezultatai.

Tai yra:

N = 2 E, ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

N = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Tada galima apskaičiuoti dviejų lygių energijos skirtumą:

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

Pagal trečiajame postulate paaiškintą lygtį ΔE = h ν. Taigi, jūs galite apskaičiuoti ν (šviesos dažnį):

ν = ΔE / h

Tai yra:

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

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

Kai λ = c / ν, o šviesos greitis c = 3 x 10 ⁸ m / s, bangos ilgis apskaičiuojamas taip:

λ = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Tai yra stebimos raudonos juostos bangos ilgio vertė vandenilio linijos spektre.

3 pagrindiniai „Bohr“ modelio apribojimai

1- Jis prisitaiko prie vandenilio atomo spektro, bet ne su kitų atomų spektru.

2 - apibūdinant elektroną kaip mažą dalelę, kuri sukasi aplink atominį branduolį, bangos savybės nėra aprašytos.

3 - Bohas negali paaiškinti, kodėl klasikinis elektromagnetizmas netaikomas jo modeliui. Tai yra, kodėl elektronai neišskiria elektromagnetinės spinduliuotės, kai jie yra nejudančioje orbitoje.

Dominantys straipsniai

Schrödingerio atominis modelis.

De Broglio atominis modelis.

Chadwicko atominis modelis.

Heisenbergo atominis modelis.

Perrino atominis modelis.

Thomsono atominis modelis.

Daltono atominis modelis.

Dirac Jordan atominis modelis.

Atominis Demokrito modelis.

Sommerfeldo atominis modelis.

Nuorodos

1. Brownas, TL (2008). Chemija: pagrindinis mokslas. Upper Saddle River, NJ: „Pearson Prentice“ salė
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Atomų, molekulių, kietų medžiagų, branduolių ir dalelių kvantinė fizika. Niujorkas: Wiley
3. Bohro-Sommerfeldo atominis modelis. Atkurta iš: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Chemijos pasaulis. Philadelphia, Pa .: Saunders kolegijos leidyba, p. 76-78.
5. „Bohr de l'atome d'hydrogène“ modelis. Atkurta iš fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Susigrąžinta iš: namų