BOHRIN ATOMIMALLI: OMINAISUUDET JA POSTULAATIT - FYYSINEN - 2026

Bohrin atomi malli on esitys atomin ehdotetun Tanskan fyysikko Neils Bohrin (1885-1962). Malli osoittaa, että elektroni kulkee kiertoradalla kiinteällä etäisyydellä atomin ytimen ympärillä kuvaten tasaista ympyräliikettä. Kiertoradat - tai energiatasot, kuten hän kutsui niitä - ovat eri energiaa.

Aina kun elektroni muuttaa kiertoradaltaan, se emittoi tai absorboi energiaa kiinteinä määrinä, joita kutsutaan "kvanteiksi". Bohr selitti vetyatomin lähettämän (tai absorboiman) valonspektrin. Kun elektroni siirtyy yhdeltä kiertoradalta toiselle kohti ydintä, häviää energia ja säteilee valoa, jolla on ominainen aallonpituus ja energia.

Lähde: wikimedia.org. Kirjoittaja: Sharon Bewick, Adrignola. Kuva Bohrin atomimallista. Protoni, kiertorata ja elektroni.

Bohr numeroi elektronin energiatasot ottaen huomioon, että mitä lähempänä elektronia on ydin, sitä alhaisempi on sen energiatila. Siten mitä kauempana elektroni on ytimestä, sitä korkeampi energiataso on, ja siksi energiatila on suurempi.

Pääpiirteet

Bohr-mallin ominaisuudet ovat tärkeitä, koska ne määrittelivät tien täydellisemmän atomimallin kehittämiseen. Tärkeimmät niistä ovat:

Sitä tukevat muut ajankohtaiset mallit ja teoriat

Bohrin malli sisälsi ensimmäisenä kvantiteorian, joka perustui Rutherfordin atomimalliin ja ideoihin, jotka on otettu Albert Einsteinin valosähkövaikutuksesta. Itse asiassa Einstein ja Bohr olivat ystäviä.

Kokeellinen näyttö

Tämän mallin mukaan atomit absorboivat tai lähettävät säteilyä vain, kun elektronit hyppäävät sallittujen kiertoratojen välillä. Saksalaiset fyysikot James Franck ja Gustav Hertz saivat kokeellisia todisteita näistä valtioista vuonna 1914.

Elektroneja on energiatasoilla

Elektronit ympäröivät ytimen ja esiintyvät tietyillä energiatasoilla, jotka ovat erillisiä ja kuvataan kvanttiluvuina.

Näiden tasojen energian arvo esiintyy luvun n funktiona, jota kutsutaan pääkvanttilukuna, joka voidaan laskea myöhemmin yksityiskohtaisesti esitetyillä yhtälöillä.

Ilman energiaa elektroni ei liiku

Lähde: wikimedia.org. Kirjoittaja: Kurzon

Yläkuva esittää elektronin, joka tekee kvanttihyppyjä.

Tämän mallin mukaan ilman energiaa ei elektronia pääse liikkumaan tasolta toiselle, samoin kuin ilman energiaa, ei ole mahdollista nostaa pudonnut esinettä tai erottaa kahta magneettia.

Bohr ehdotti kvanttiä energiana, jota elektroni tarvitsee siirtyäkseen tasolta toiselle. Hän totesi myös, että alinta energiatasoa, jonka elektroni vie, kutsutaan "perustilaksi". "Erotettu tila" on epävakaampi tila, seurauksena elektronin siirtymisestä korkeamman energian kiertoradalle.

Elektronien lukumäärä kussakin kuoressa

Jokaiseen kuoreen mahtuvat elektronit lasketaan 2n ^{2: lla}

Kemiallisissa alkuaineissa, jotka ovat osa jaksollista taulukkoa ja jotka ovat samassa sarakkeessa, ovat samat elektronit viimeisessä kuoressa. Elektronien lukumäärä neljässä ensimmäisessä kerroksessa olisi 2, 8, 18 ja 32.

Elektronit pyörivät ympyrän kiertoradalla säteilemättä energiaa

Bohrin ensimmäisen postulaatin mukaan elektronit kuvaavat ympyrän kiertoratoja atomin ytimen ympärillä säteilemättä energiaa.

Kiertoradat sallittu

Bohrin toisen postulaatin mukaan ainoat elektronille sallitut kiertoradat ovat ne, joiden elektronin kulmamomentti L on kokonaislukukerroin Planckin vakiosta. Matemaattisesti se ilmaistaan ​​seuraavasti:

Hyppyihin päästetty tai absorboitu energia

Kolmannen postulaatin mukaan elektronit lähettäisivät tai absorboisivat energiaa hyppyillä yhdeltä kiertoradalta toiselle. Kiertoradalla emittoidaan tai absorboidaan fotoni, jonka energia esitetään matemaattisesti:

Bohrin atomimalli postuloi

Bohr jatkoi atomin planeettamallia, jonka mukaan elektronit pyörivät positiivisesti varautuneen ytimen ympäri, aivan kuten aurinkoa ympäröivät planeetat.

Tämä malli haastaa kuitenkin yhden klassisen fysiikan postulaateista. Tämän mukaan hiukkasella, jolla on sähkövaraus (kuten elektroni), joka liikkuu pyöreällä tiellä, tulisi jatkuvasti menettää energiaa sähkömagneettisen säteilyn säteilyllä. Kun energia menettää, elektronin olisi seurattava spiraalia, kunnes se putosi ytimeen.

Bohr oletti sitten, että klassisen fysiikan lait eivät olleet sopivimpia kuvaamaan atomien havaittua stabiilisuutta, ja esitti seuraavat kolme postulettia:

Ensimmäinen postulo

Elektroni kulkee ytimen ympäri kiertoradalla, jotka vetävät piirejä, säteilemättä energiaa. Näillä kiertoradalla kiertoradan kulmavirhe on vakio.

Atomin elektronille sallitaan vain tiettyjen säteiden kiertoradat, jotka vastaavat tiettyjä määriteltyjä energiatasoja.

Toinen postulaatti

Kaikki kiertoradat eivät ole mahdollisia. Mutta kun elektroni on sallitulla kiertoradalla, se on spesifisen ja vakioenergian tilassa eikä emittoi energiaa (paikallaan oleva kiertorata).

Esimerkiksi vetyatomissa elektronille sallitut energiat annetaan seuraavalla yhtälöllä:

Tässä yhtälössä arvo -2,18 x 10 ^-18 on Rydbergiltä vakio vetyatomi, ja n = kvantti lukumäärä voi ottaa arvot 1 ∞.

Vetyatomin elektronienergiat, jotka generoidaan edellisestä yhtälöstä, ovat negatiiviset jokaiselle n: n arvolle. Kun n kasvaa, energia on vähemmän negatiivinen ja sen vuoksi kasvaa.

Kun n on riittävän suuri - esimerkiksi n = ∞ -, energia on nolla ja tarkoittaa, että elektroni on vapautunut ja atomi ionisoitunut. Tässä nollaenergiatilassa on enemmän energiaa kuin negatiivisissa energiatiloissa.

Kolmas postulo

Elektroni voi muuttua paikallaan olevalta energian kiertoradalta toiselle energian säteilyllä tai absorptiolla.

Lähetetty tai absorboitu energia on yhtä suuri kuin kahden tilan välinen energiaero. Tämä energia E on fotonin muodossa, ja se annetaan seuraavalla yhtälöllä:

E = h ν

Tässä yhtälössä E on energia (absorboitunut tai emittoitu), h on Planckin vakio (sen arvo on 6,63 x ^10-34 joulesekuntia) ja ν on valon taajuus, jonka yksikkö on 1 / s.

Vetyatomien energiatasokaavio

Bohr-malli pystyi selittämään tyydyttävästi vetyatomin spektrin. Esimerkiksi näkyvän valon aallonpituusalueella vetyatomin emissiospektri on seuraava:

Katsotaan kuinka eräiden havaittujen valokaistojen taajuus voidaan laskea; esimerkiksi punainen väri.

Käyttämällä ensimmäistä yhtälöä ja korvaamalla n: llä 2 ja 3 saadaan kaaviossa esitetyt tulokset.

Tarkoittaen:

N = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

N = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Sitten on mahdollista laskea energiaero kahdelle tasolle:

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

Kolmannessa oletuksessa selitetyn yhtälön mukaan ΔE = h ν. Joten voit laskea ν (valon taajuus):

ν = AE / h

Tarkoittaen:

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

v = 4,56 x 10 ¹⁴ s- ¹ tai 4,56 x 10 ¹⁴ Hz

Koska λ = c / ν ja valon nopeus c = 3 x 10 ⁸ m / s, aallonpituus lasketaan seuraavalla kaavalla:

λ = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Tämä on havaitun punaisen kaistan aallonpituusarvo vetylinjaspektrissä.

Bohr-mallin 3 päärajoitusta

1- Se mukautuu vetyatomin spektriin, mutta ei muiden atomien spektriin.

2- Elektronin aalto-ominaisuuksia ei esitetä sen kuvauksessa pienenä hiukkasena, joka pyörii atomin ytimen ympärillä.

3 - Bohr ei voi selittää miksi klassinen sähkömagneettisuus ei koske hänen malliaan. Toisin sanoen miksi elektronit eivät emittoi sähkömagneettista säteilyä, kun ne ovat paikallaan kiertoradalla.

Kiinnostavat artikkelit

Schrödingerin atomimalli.

De Broglie-atomimalli.

Chadwickin atomimalli.

Heisenbergin atomimalli.

Perrinin atomimalli.

Thomsonin atomimalli.

Daltonin atomimalli.

Dirac Jordan-atomimalli.

Democrituksen atomimalli.

Sommerfeldin atomimalli.

Viitteet

1. Brown, TL (2008). Kemia: keskeinen tiede. Ylä Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., ja Resnick, R. (2009). Atomien, molekyylien, kiinteiden aineiden, ytimien ja hiukkasten kvanttifysiikka. New York: Wiley
3. Bohr-Sommerfeld-atomimalli. Palautettu: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Kemian maailma. Philadelphia, Pa.: Saunders College Publishing, s. 76-78.
5. Malli Bohr de l'atome d'hydrogènesta. Palautettu osoitteesta fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Palautettu: home.cern