המודל האטומי של בוהר: מאפיינים ותנוחות - גוּפָנִי - 2025

מודל האטום של בוהר הוא ייצוג של האטום המוצע על ידי הפיזיקאי הדני נילס בוהר (1885-1962). המודל קובע כי האלקטרון נע במסלולי מסלול במרחק קבוע סביב הגרעין האטומי, ומתאר תנועה מעגלית אחידה. המסלול - או רמות האנרגיה, כפי שכינה אותם - הם בעלי אנרגיה שונה.

בכל פעם שהאלקטרון משנה את מסלולו הוא פולט או קולט אנרגיה בכמויות קבועות הנקראות "קוונטה". בוהר הסביר את ספקטרום האור שנפלט (או נקלט) על ידי האטום המימן. כאשר אלקטרון עובר ממסלול אחד למשנהו לעבר הגרעין יש אובדן אנרגיה ונפלטים אור, עם אורך גל ואנרגיה אופייניים.

מקור: wikimedia.org. מחבר: שרון Bewick, Adrignola. איור של המודל האטומי של בוהר. פרוטון, מסלול ואלקטרון.

בוהר מנתה את רמות האנרגיה של האלקטרון, בהתחשב בכך שככל שהאלקטרון קרוב יותר לגרעין, כך מצבו האנרגטי נמוך יותר. לפיכך, ככל שהאלקטרון נמצא רחוק יותר מהגרעין, מספר רמת האנרגיה יהיה גדול יותר, ולכן, מצב האנרגיה יהיה גדול יותר.

תכונות עיקריות

תכונות מודל בוהר חשובות מכיוון שהן קבעו את הדרך להתפתחות מודל אטומי שלם יותר. העיקריים שבהם הם:

זה נתמך על ידי דגמים ותיאוריות אחרות של אותה תקופה

המודל של בוהר היה הראשון ששילב את תורת הקוונטים, המבוססת על המודל האטומי של רתרפורד ועל רעיונות שנלקחו מההשפעה הפוטואלקטרית של אלברט איינשטיין. למעשה איינשטיין ובוהר היו חברים.

עדויות ניסיוניות

על פי מודל זה, אטומים קולטים או פולטים קרינה רק כאשר אלקטרונים קופצים בין מסלולי מסלול. הפיזיקאים הגרמנים ג'יימס פרנק וגוסטב הרץ השיגו עדויות ניסיוניות עבור מדינות אלה בשנת 1914.

אלקטרונים קיימים ברמות אנרגיה

אלקטרונים מקיפים את הגרעין ומתקיימים ברמות אנרגיה מסוימות, שהן דיסקרטיות ומתוארות במספרים קוונטיים.

ערך האנרגיה של רמות אלה קיים כפונקציה של מספר n, המכונה מספר הקוונטים העיקרי, אותו ניתן לחשב בעזרת משוואות שיפורטו בהמשך.

ללא אנרגיה אין תנועה של האלקטרון

מקור: wikimedia.org. מחבר: קורזון

האיור העליון מציג אלקטרון שעושה קפיצות קוונטיות.

על פי מודל זה, ללא אנרגיה אין תנועה של האלקטרון ממישור לרמה אחרת, כמו שבלי אנרגיה לא ניתן להרים חפץ שנפל או להפריד שני מגנטים.

בוהר הציע את הקוונטים כאנרגיה הנדרשת על ידי אלקטרון כדי לעבור מדרגה אחת לרמה אחרת. הוא גם קבע כי רמת האנרגיה הנמוכה ביותר שאלקטרון תופס נקראת "מצב האדמה". "המצב הנרגש" הוא מצב לא יציב יותר, תוצאה של מעבר של אלקטרון למסלול אנרגטי גבוה יותר.

מספר האלקטרונים בכל קליפה

האלקטרונים המשתלבים בכל קליפה מחושבים באמצעות 2n ²

אלמנטים כימיים שהם חלק מהטבלה המחזורית ונמצאים באותו טור יש אותם אלקטרונים במעטפת האחרונה. מספר האלקטרונים בארבע השכבות הראשונות יהיה 2, 8, 18 ו- 32.

אלקטרונים מסתובבים במסלולי מעגלים מבלי להקרין אנרגיה

על פי המוצג הראשון של בוהר, אלקטרונים מתארים מסלול מעגלי סביב גרעין האטום מבלי להקרין אנרגיה.

מסלול מותר

על פי המוצא השני של בוהר, מסלוליו היחידים המותרים לאלקטרון הם אלה שעבור התנופה הזוויתית L של האלקטרון הוא מכפיל שלם של קבוע של פלאנק. מבחינה מתמטית זה בא לידי ביטוי כך:

אנרגיה הנפלטת או נספגת בקפיצות

על פי המוצג השלישי, אלקטרונים היו פולטים או סופגים אנרגיה בקפיצות ממסלול אחד למשנהו. בקפיצה במסלול, פולט או נקלט פוטון, אשר האנרגיה שלו מיוצגת באופן מתמטי:

המודל האטומי של בוהר מונח

בוהר המשיך את המודל הפלנטרי של האטום, לפיו אלקטרונים הסתובבו סביב גרעין טעון חיובי, ממש כמו כוכבי הלכת סביב השמש.

עם זאת, מודל זה מאתגר את אחת התנוחות של הפיזיקה הקלאסית. על פי זה, חלקיק בעל מטען חשמלי (כמו האלקטרון) שנע בנתיב מעגלי, אמור לאבד אנרגיה ברציפות על ידי פליטה של ​​קרינה אלקטרומגנטית. כאשר הוא מאבד אנרגיה, האלקטרון יצטרך לעקוב אחר ספירלה עד שהוא ייפול בגרעין.

בוהר הניח אז כי חוקי הפיזיקה הקלאסית אינם המתאימים ביותר לתיאור היציבות הנצפית של האטומים והעלה את שלוש המוצבים הבאים:

הודעה ראשונה

האלקטרון מסתובב סביב הגרעין במסלולי שורטים מעגלים, מבלי להקרין אנרגיה. במסלולים אלה המומנטום הזוויתי המסלול קבוע.

עבור האלקטרונים של אטום מותר רק מסלולי רדיוסים מסוימים, התואמים לרמות אנרגיה מוגדרות מסוימות.

המוצג השני

לא כל המסלול אפשרי. אבל ברגע שהאלקטרון נמצא במסלול שהוא מותר, הוא נמצא במצב של אנרגיה ספציפית וקבועה ואינו פולט אנרגיה (מסלול אנרגיה נייח).

לדוגמה, באטום המימן האנרגיות המותרות לאלקטרון ניתנות על ידי המשוואה הבאה:

במשוואה הזו הערך -2.18 x 10 ^-18 הוא קבוע רידברג עבור אטום מימן, ו n = מספר קוונטי יכול לקחת ערכים מ 1 עד ∞.

אנרגיות האלקטרונים של אטום מימן הנוצרים מהמשוואה הקודמת שליליות לכל אחד מהערכים של n. ככל ש- n עולה, האנרגיה פחות שלילית, ולכן היא עולה.

כאשר n גדול מספיק - למשל, n = ∞ - האנרגיה היא אפס ומייצגת שהאלקטרון שוחרר והאטום מיונן. מצב האנרגיה האפסית הזה מכיל אנרגיה גבוהה יותר מאשר מצבי אנרגיה שליליים.

השער השלישי

אלקטרון יכול להשתנות ממסלול אנרגיה נייח אחד למשנהו על ידי פליטה או ספיגת אנרגיה.

האנרגיה שנפלטת או נספגת תהיה שווה להבדל האנרגיה בין שני המצבים. אנרגיה E זו היא בצורת פוטון והיא ניתנת על ידי המשוואה הבאה:

E = h ν

במשוואה זו E היא האנרגיה (נספגת או נפלטת), h היא קבועה של פלאנק (הערך שלה הוא 6.63 x 10 ^-34 ג'ול-שניות) ו- v הוא תדר האור, שהיחידה שלו היא 1 / s .

תרשים מפלס אנרגיה אטומי מימן

מודל בוהר הצליח להסביר באופן משביע רצון את הספקטרום של אטום המימן. לדוגמה, בתחום אורך הגל של האור הנראה, ספקטרום הפליטה של ​​אטום המימן הוא כדלקמן:

בואו נראה כיצד ניתן לחשב את התדירות של חלק מלהקות האור שנצפו; לדוגמא, הצבע אדום.

בעזרת המשוואה הראשונה והחלפת 2 ו- 3 עבור n, מתקבלות התוצאות המוצגות בתרשים.

זאת אומרת:

עבור n = 2, E ₂ = -5.45 x 10 ^-19 J

עבור n = 3, E ₃ = -2.42 x 10 ^-19 J

לאחר מכן ניתן לחשב את הפרש האנרגיה לשתי הרמות:

ΔE = E ₃ - E ₂ = (-2.42 - (- 5.45)) x 10 ^{- 19} = 3.43 x 10 ^{- 19} J

על פי המשוואה שהוסבר בתנוחה השלישית ΔE = h ν. אז אתה יכול לחשב את v (תדר האור):

ν = ΔE / h

זאת אומרת:

ν = 3.43 x 10 ^–19 J / 6.63 x 10 ^-34 Js

v = 4.56 x 10 ¹⁴ s ^-1 או 4.56 x 10 ¹⁴ הרץ

בהיותנו λ = c / v, ומהירות האור c = 3 x 10 ⁸ m / s, אורך הגל ניתן על ידי:

λ = 6.565 x 10 ^{- 7} מ '(656.5 ננומטר)

זהו ערך אורך הגל של הפס האדום שנצפה בספקטרום קווי המימן.

3 המגבלות העיקריות של דגם בוהר

1 - הוא מסתגל לספקטרום אטום המימן אך לא לספקטרום של אטומים אחרים.

2- תכונות הגל של האלקטרון אינן מיוצגות בתיאורו כחלקיק קטן המסתובב סביב גרעין האטום.

3 בוהר לא יכול להסביר מדוע האלקטרומגנטיות הקלאסית אינה חלה על המודל שלו. כלומר, מדוע אלקטרונים לא פולטים קרינה אלקטרומגנטית כשהם במסלול נייח.

מאמרי עניין

המודל האטומי של שרדינגר.

מודל האטומי של דה ברוגלי.

המודל האטומי של צ'אדוויק.

מודל אטומי של הייזנברג.

המודל האטומי של פרין.

המודל האטומי של תומסון.

המודל האטומי של דלתון.

מודל אטומי של דיראק ירדן.

מודל אטומי של דמוקריטוס.

מודל אטומי של זומרפלד.

הפניות

1. בראון, TL (2008). כימיה: המדע המרכזי. נהר האוכף העליון, ניו ג'רזי: אולם פירסון פרנטיס
2. אייזברג, ר. ורזניק, ר. (2009). פיזיקה קוונטית של אטומים, מולקולות, מוצקים, גרעינים וחלקיקים. ניו יורק: וויילי
3. מודל האטומי של בוהר-זומרפלד. התאושש מ: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). עולם הכימיה. פילדלפיה, רשות העתיקות: הוצאת מכללת סונדרס, עמ '76-78.
5. דגם של Bohr de l'atome d'hydrogène. התאושש מ- fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. התאושש מ: home.cern