Атомна модель характеристик Бора, постулати, обмеження

The Атомна модель Бора є представленням атома, запропонованого датським фізиком Нілсом Бором (1885-1962). Модель стверджує, що електрон рухається по орбітах на фіксованій відстані навколо атомного ядра, описуючи рівномірний круговий рух. Орбіти - або енергетичні рівні, як він їх називав - мають різну енергію.

Кожен раз, коли електрон змінює орбіту, він випромінює або поглинає енергію в фіксованих кількостях, що називається "квантами". Бор пояснив спектр світла, що випромінюється (або поглинається) атомом водню. Коли електрон рухається від однієї орбіти до іншої до ядра, виникає втрата енергії та світла, з довжиною хвилі та енергетичними характеристиками.

Бор налічував енергетичні рівні електрона, враховуючи, що чим ближче електрон до ядра, тим нижче його енергетичний стан. Таким чином, чим далі від електронів знаходиться ядро, тим вищим буде рівень енергетичного рівня і, отже, енергетичний стан буде вище.

Індекс

• 1 Основні характеристики
  • 1.1 Вона базується на інших моделях і теоріях того часу
  • 1.2 Експериментальні дані
  • 1.3 Електрони існують в енергетичних рівнях
  • 1.4 Без енергії немає руху електрона
  • 1.5 Кількість електронів у кожному шарі
  • 1.6 Електрони обертаються в кругових орбітах без випромінюючої енергії
  • 1.7 Дозволені орбіти
  • 1.8 Енергія, що виділяється або поглинається стрибками
• 2 Постулати атомної моделі Бора
  • 2.1 Перший постулат
  • 2.2 Другий постулат
  • 2.3 Третій постулат
• 3 Діаграма рівнів енергії атомів водню
• 4 3 основні обмеження моделі Бора
• 5 статей
• 6 Посилання

Основні характеристики

Характеристики моделі Бора важливі, оскільки вони визначали шлях до розробки більш повної атомної моделі. Основними з них є:

Вона базується на інших моделях і теоріях того часу

Модель Бора була першою, яка включила квантову теорію, підтримувану атомарною моделлю Резерфорда, та ідеї, взяті з фотоефекту Альберта Ейнштейна. Адже Ейнштейн і Бор були друзями.

Експериментальні дані

Згідно з цією моделлю, атоми поглинають або випромінюють випромінювання тільки тоді, коли електрони стрибають між дозволеними орбітами. Німецькі фізики Джеймс Франк і Густав Герц отримали експериментальні докази цих станів у 1914 році.

Електрони існують в енергетичних рівнях

Електрони оточують ядро ​​і існують на певних енергетичних рівнях, які є дискретними і описані в квантових числах.

Енергетичне значення цих рівнів існує як функція числа n, зване основним квантовим числом, яке можна обчислити за допомогою рівнянь, які будуть деталізовані пізніше..

Без енергії немає руху електрона

На малюнку вище показаний електрон, який робить квантові стрибки.

Згідно з цією моделлю, без енергії немає руху електрона з одного рівня на інший, так само, як без енергії неможливо підняти впав об'єкт або розділити два магніти..

Бор запропонував квант як енергію, необхідну електрону для переходу з одного рівня на інший. Він також заявив, що найнижчий енергетичний рівень, зайнятий електроном, називається "основним станом". "Збуджений стан" є більш нестабільним станом, що виникає в результаті проходження електрона в орбіталь вищої енергії. 

Кількість електронів у кожному шарі

Електрони, що вписуються в кожен шар, обчислюються за допомогою 2n² 

Хімічні елементи, які є частиною періодичної таблиці і які знаходяться в одному стовпці, мають однакові електрони в останньому шарі. Число елетронів у перших чотирьох шарах було б 2, 8, 18 і 32.

Електрони обертаються в кругових орбітах без випромінюючої енергії

За першим постулатом Бора електрони описують кругові орбіти навколо ядра атома без випромінюючої енергії.

Дозволені орбіти

Згідно з другим постулатом Бора, єдиними дозволеними орбітами для електрона є ті, для яких кутовий момент L електрона є цілим кратним постійної Планка. Математично це виражається так:

Енергія, що випускається або поглинається стрибками

Згідно з третім постулатом, електрони випускають або поглинають енергію в стрибках з однієї орбіти на іншу. При стрибку орбіти випускається або поглинається фотон, енергія якого представляється математично:

Постулати атомної моделі Бора

Бор дав спадкоємність планетарної моделі атома, згідно з якою електрони обертаються навколо позитивно зарядженого ядра, а також планет навколо Сонця..

Проте ця модель викликає один з постулатів класичної фізики. Згідно з цим, частинка з електричним зарядом (подібно до електрона), що рухається по круговому шляху, повинна безперервно втрачати енергію випромінюванням електромагнітного випромінювання. При втраті енергії електрон повинен був би йти по спіралі до падіння в ядро.

Бор тоді припустив, що закони класичної фізики не є найбільш придатними для опису стабільності, що спостерігається в атомах, і він представив наступні три постулати:

Перший постулат

Електрон обертається навколо ядра в обертових орбітах, не випромінюючи енергію. У цих орбітах орбітальний момент кута є постійним.

Для електронів атома дозволені тільки орбіти певних радіусів, що відповідають певним визначеним рівням енергії.

Другий постулат

Не всі орбіти можливі. Але як тільки електрон знаходиться на орбіті, що дозволено, він перебуває в стані специфічної і постійної енергії і не випромінює енергію (стаціонарна енергетична орбіта).

Наприклад, в атомі водню дозволені енергії для електрона задаються наступним рівнянням:

Енергії електронів атома водню, що генеруються з наведеного вище рівняння, є негативними для кожного з значень n. При збільшенні n енергія є менш негативною і, отже, зростає.

Коли n достатньо велика - наприклад, n = ∞-енергія дорівнює нулю і представляє, що вивільнений електрон і іонізований атом. Такий стан нульової енергії охоплює більшу енергію, ніж держави з негативними енергіями.

Третій постулат

Електрон може змінюватися від стаціонарної енергетичної орбіти на іншу шляхом випромінювання або поглинання енергії.

Енергія, що випромінюється або поглинається, буде дорівнює різниці енергії між двома станами. Ця енергія E має форму фотона і задається наступним рівнянням:

E = h ν

У цьому рівнянні Е - енергія (поглинається або випромінюється), h - постійна Планка (її значення становить 6,63 х 10).^-34 джоул-секунди [J-s]) і ν - частота світла, одиниця якої становить 1 / с.

Діаграма рівнів енергії атомів водню

Модель Бора в змозі задовільно пояснити спектр атома водню. Наприклад, в діапазоні довжин хвиль видимого світла спектр випромінювання атома водню є наступним:

Подивимося, як можна розрахувати частоту деяких спостережуваних світлових смуг; наприклад, колір червоний.

Використовуючи перше рівняння і підставляючи n для 2 і 3, ви отримуєте результати, які з'являються на діаграмі.

Тобто:

Для n = 2, E₂ = -5,45 х 10^-19 J

Для n = 3, E₃ = -2,42 х 10^-19 J

Потім можна розрахувати різницю енергії для двох рівнів:

ΔE = E₃ - E₂ = (-2,42 - (- 5,45)) x 10 ^{- 19} = 3.43 x 10 ^{- 19} J

Відповідно до рівняння пояснюється в третьому постулаті ΔE = h ν. Потім можна обчислити ν (частоту світла):

ν = ΔE / h

Тобто:

ν = 3.43 x 10^-19 J / 6,63 x 10^-34 J-s

ν = 4,56 x 10¹⁴ s^-1 або 4,56 x 10¹⁴ Гц

Будучи λ = c / ν, а швидкість світла c = 3 x 10 ⁸ м / с, довжина хвилі задається:

λ = 6 655 x 10 ^{- 7} м (656,5 нм)

Це значення довжини хвилі червоної смуги, що спостерігається в спектрі водневих ліній.

3 основні обмеження моделі Бора

1 - Пристосовується до спектру атома водню, але не до спектрів інших атомів.

2 - Ендуляторні властивості електрона не представлені в описі цього як невелика частинка, яка обертається навколо атомного ядра.

3- Бор не може пояснити, чому класичний електромагнетизм не відноситься до його моделі. Тому електрони не випромінюють електромагнітне випромінювання, коли вони знаходяться на стаціонарній орбіті.

Статті, що представляють інтерес

Атомна модель Шредінгера.

Атомна модель Бройля.

Атомна модель Чадвіка.

Атомна модель Гейзенберга.

Атомна модель Перріна.

Атомна модель Томсона.

Атомна модель Дальтона.

Атомна модель Дірака Йорданія.

Атомна модель Демокріта.

Список літератури

1. Браун, Т. Л. (2008). Хімія: центральна наука. Верхня річка Седла, штат Нью-Джерсі: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Квантова фізика атомів, молекул, твердих тіл, ядер і частинок. Нью-Йорк: Wiley
3. Атомна модель Бора-Зоммерфельда. Отримано з: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Світ хімії Філадельфія, штат Пенсильванія: Saunders College Publishing, с.76-78.
5. Модель де Бор де l'atome d'hydrogène. Отримано з fr.khanacademy.org
6. Ізлар, К. Ретроспективний сюр-латом: le modèle de Bohr cent cent. Отримано з: home.cern