BOHROV ATOMSKI MODEL: KARAKTERISTIKE I POSTULATI - FIZIČKA - 2024

Bohr atomske Model je prikaz predloženog atoma danski fizičar Neils Bohr (1885-1962). Model utvrđuje da elektron putuje u orbitu na fiksnom razmaku oko atomskog jezgra, opisujući jednoliko kružno gibanje. Orbite - ili energetske razine, kako ih je nazvao - su različite energije.

Svaki put kada elektron promijeni svoju orbitu, on emitira ili apsorbira energiju u fiksnim količinama koje nazivamo "kvantom". Bohr je objasnio spektar svjetlosti koji emitira (ili apsorbira) atom vodika. Kada se elektron kreće s jedne orbite na drugu prema jezgri, gubi se energija i svjetlost se emitira s karakterističnom valnom duljinom i energijom.

Izvor: wikimedia.org. Autor: Sharon Bewick, Adrignola. Ilustracija Bohrovog atomskog modela. Proton, orbita i elektron.

Bohr je brojao energetske razine elektrona, smatrajući da što je elektron bliži jezgri, to je niže energetsko stanje. Dakle, što je više elektrona od jezgre, to će broj energetske razine biti veći, a samim tim i energetsko stanje.

Glavne značajke

Značajke Bohrovog modela su važne jer su odredile put do razvoja cjelovitijeg atomskog modela. Glavni su:

Podržavaju ga drugi modeli i teorije vremena

Bohrov model bio je prvi koji je ugradio kvantnu teoriju, koja se temelji na Rutherfordovom atomskom modelu i na idejama preuzetim iz fotoelektričnog efekta Alberta Einsteina. U stvari Einstein i Bohr bili su prijatelji.

Eksperimentalni dokazi

Prema ovom modelu, atomi apsorbiraju ili emitiraju zračenje samo kada elektroni skaču između dozvoljenih orbita. Njemački fizičari James Franck i Gustav Hertz dobili su eksperimentalne dokaze za ta stanja 1914. godine.

Elektroni postoje u energetskim razinama

Elektroni okružuju jezgru i postoje u određenim energetskim razinama, koji su diskretni i opisani su u kvantnim brojevima.

Vrijednost energije ovih razina postoji kao funkcija broja n, nazvanog glavnim kvantnim brojem, koji se može izračunati jednadžbama koje će biti detaljnije opisane kasnije.

Bez energije nema kretanja elektrona

Izvor: wikimedia.org. Autor: Kurzon

Gornja slika prikazuje kvantni skok elektrona.

Prema ovom modelu, bez energije nema kretanja elektrona s jedne razine na drugu, isto kao što bez energije nije moguće podići pali predmet ili odvojiti dva magneta.

Bohr je predložio kvant kao energiju potrebnu elektronu za prelazak s jedne razine na drugu. Također je ustanovio da se najniža razina energije koju elektron zauzima naziva "osnovnim stanjem". "Uzbuđeno stanje" je nestabilnije stanje, rezultat prelaska elektrona u orbital više energije.

Broj elektrona u svakoj ljusci

Elektroni koji se uklapaju u svaku ljusku izračunavaju se s 2n ²

Kemijski elementi koji su dio periodične tablice i koji se nalaze u istom stupcu imaju iste elektrone u posljednjoj ljusci. Broj elekrona u prva četiri sloja bio bi 2, 8, 18 i 32.

Elektroni se okreću u kružnim orbitama bez zračenja energije

Prema Bohrovom Prvom postulatu, elektroni opisuju kružne orbite oko jezgre atoma bez zračenja energije.

Dozvoljene su orbite

Prema Bohrovom drugom postulatu, jedine orbite dopuštene za elektron su one za koje je moment uglja L elektrona cijeli broj koji je višestruki Planckova konstanta. Matematički se izražava ovako:

Energija koja se emitira ili apsorbira u skokovima

Prema Trećem postulatu, elektroni bi emitirali ili apsorbirali energiju u skokovima s jedne orbite na drugu. U skoku u orbitu emitira se ili apsorbira foton čija je energija matematički predstavljena:

Bohrov atomski model postulira

Bohr je nastavio planetarni model atoma prema kojem se elektroni okreću oko pozitivno nabijene jezgre, baš kao i planeti oko Sunca.

Međutim, ovaj model dovodi u pitanje jedan od postulata klasične fizike. Prema tome, čestica s električnim nabojem (poput elektrona) koja se kreće kružnom stazom, trebala bi neprestano gubiti energiju zbog emisije elektromagnetskog zračenja. Kad izgubi energiju, elektron bi morao slijediti spiralu sve dok ne bi pao u jezgru.

Tada je Bohr pretpostavio da zakoni klasične fizike nisu najprikladniji za opisivanje promatrane stabilnosti atoma i iznio je sljedeća tri postulata:

Prvi postulat

Elektroni obilaze jezgru u orbiti koja crta krugove, bez zračenja energije. U tim je orbitama orbitalni moment ugla konstantan.

Za elektrone atoma dopuštene su samo orbite određenih radijusa, što odgovara određenim razinama energije.

Drugi postulat

Nisu moguće sve orbite. Ali jednom kad je elektron u orbiti koja je dozvoljena, on je u stanju specifične i stalne energije i ne emitira energiju (stacionarnu energetsku orbitu).

Na primjer, u atomu vodika energije dopuštene za elektron daju se sljedećom jednadžbom:

U ovoj jednadžbi vrijednost -2,18 x 10 ^-18 je Rydberg konstanta za atom vodika, a n = quantum broj može poprimiti vrijednosti od 1 do ∞.

Energije elektrona atoma vodika koje nastaju iz prethodne jednadžbe su negativne za svaku od vrijednosti n. Kako se n povećava, energija je manje negativna i, prema tome, raste.

Kada je n dovoljno velik - na primjer, n = ∞ - energija je nula i predstavlja da je elektron pušten, a atom ioniziran. Ovo stanje nulte energije troši više energije od stanja negativne energije.

Treći postulat

Elektroni se mogu mijenjati iz jedne stacionarne energetske orbite u drugu emisijom ili apsorpcijom energije.

Energija koja se emitira ili apsorbira bit će jednaka razlici energije između dva stanja. Ta je energija E u obliku fotona i dana je sljedećom jednadžbom:

E = h ν

U ovoj jednadžbi E je energija (apsorbirana ili emitirana), h je Planckova konstanta (vrijednost joj je 6,63 x 10 ^-34 joule-sekunde) i ν je frekvencija svjetlosti, čija je jedinica 1 / s,

Dijagram razine energije za vodikove atome

Bohrov model uspio je na zadovoljavajući način objasniti spektar vodikovog atoma. Na primjer, u rasponu valne duljine vidljive svjetlosti, emisijski spektar atoma vodika je sljedeći:

Pogledajmo kako se može izračunati frekvencija nekih promatranih svjetlosnih pojasa; na primjer, crvena boja.

Koristeći prvu jednadžbu i zamjenjujući 2 i 3 za n, dobivaju se rezultati prikazani na dijagramu.

To znači:

Za n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

Za n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Tada je moguće izračunati energetsku razliku za dvije razine:

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

Prema jednadžbi objašnjenoj u trećem postulatu ΔE = h ν. Dakle, možete izračunati ν (frekvenciju svjetlosti):

ν = ΔE / h

To znači:

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

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

Budući da je λ = c / ν, a brzina svjetlosti c = 3 x 10 ⁸ m / s, valna duljina je dana:

λ = 6.565 x 10 ^{- 7} m (656.5 nm)

Ovo je vrijednost valne duljine opaženog crvenog pojasa u spektru vodikove linije.

3 glavna ograničenja Bohrovog modela

1- Prilagođava se spektru vodikovog atoma, ali ne i spektrima drugih atoma.

2- Valna svojstva elektrona nisu prikazana u njegovom opisu kao male čestice koja se vrti oko atomske jezgre.

3- Bohr ne može objasniti zašto se klasični elektromagnetizam ne odnosi na njegov model. To je razlog zašto elektroni ne emitiraju elektromagnetsko zračenje kad su u nepomičnoj orbiti.

Članci interesa

Schrödingerov atomski model.

De Broglieov atomski model.

Chadwickov atomski model.

Heisenbergov atomski model.

Perrinov atomski model.

Thomson-ov atomski model.

Daltonov atomski model.

Atomski model Dirac Jordana.

Atomski model Demokrita.

Sommerfeldov atomski model.

Reference

1. Brown, TL (2008). Kemija: središnja znanost. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., i Resnick, R. (2009). Kvantna fizika atoma, molekula, krutina, jezgara i čestica. New York: Wiley
3. Atomski model Bohr-Sommerfeld. Oporavak od: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Svijet kemije. Philadelphia, Pa.: Saunders College Publishing, str.76-78.
5. Model Bohr de l'atome d'hydrogène. Oporavilo sa fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Oporavak od: home.cern