BOHROV ATÓMOVÝ MODEL: CHARAKTERISTIKY A POSTULÁTY - FYZICKÝ - 2026

Bohr modelu atómu je znázornenie atómu navrhnuté dánsky fyzik Neils Bohr (1885-1962). Model stanovuje, že elektrón sa pohybuje na obežných dráhach v pevnej vzdialenosti okolo atómového jadra a opisuje rovnomerný kruhový pohyb. Obežné dráhy - alebo energetické úrovne, ako ich nazval - majú inú energiu.

Vždy, keď elektrón zmení svoju obežnú dráhu, emituje alebo absorbuje energiu v pevných množstvách nazývaných „quanta“. Bohr vysvetlil spektrum svetla vyžarovaného (alebo absorbovaného) atómom vodíka. Keď sa elektrón pohybuje z jednej orbity na druhú smerom k jadru, dochádza k strate energie a vyžaruje sa svetlo s charakteristickou vlnovou dĺžkou a energiou.

Zdroj: wikimedia.org. Autor: Sharon Bewick, Adrignola. Ilustrácia Bohrovho atómového modelu. Protón, obežná dráha a elektrón.

Bohr spočítal energetické úrovne elektrónu, keď uvážil, že čím bližšie je elektrón k jadru, tým nižší je jeho energetický stav. Čím ďalej je elektrón ďalej od jadra, počet energetických úrovní bude väčší, a preto bude energetický stav väčší.

Hlavné rysy

Charakteristiky modelu Bohr sú dôležité, pretože určovali cestu k vývoju úplnejšieho atómového modelu. Hlavné sú:

Podporujú ho aj iné modely a teórie času

Bohrov model bol prvým, ktorý začlenil kvantovú teóriu, založenú na Rutherfordovom atómovom modeli a na nápadoch prevzatých z fotoelektrického efektu Alberta Einsteina. V skutočnosti boli Einstein a Bohr priatelia.

Experimentálne dôkazy

Podľa tohto modelu atómy absorbujú alebo emitujú žiarenie iba vtedy, keď elektróny skočia medzi povolenými obežnými dráhami. Nemecký fyzik James Franck a Gustav Hertz získali experimentálne dôkazy o týchto štátoch v roku 1914.

Elektróny existujú v energetických hladinách

Elektróny obklopujú jadro a existujú na určitých úrovniach energie, ktoré sú diskrétne a sú opísané v kvantových číslach.

Hodnota energie týchto hladín existuje ako funkcia čísla n, ktoré sa nazýva hlavné kvantové číslo, ktoré sa dá vypočítať pomocou rovníc, ktoré budú podrobnejšie opísané neskôr.

Bez energie nedochádza k pohybu elektrónu

Zdroj: wikimedia.org. Autor: Kurzon

Horná ilustrácia ukazuje elektrón, ktorý robí kvantové skoky.

Podľa tohto modelu bez energie nedochádza k pohybu elektrónu z jednej úrovne do druhej, rovnako ako bez energie nie je možné zdvihnúť padlý predmet alebo oddeliť dva magnety.

Bohr navrhol kvantum ako energiu, ktorú elektrón potrebuje na prechod z jednej úrovne na druhú. Tiež zistil, že najnižšia energetická úroveň, ktorú elektrón zaujíma, sa nazýva „základný stav“. „Vzrušený stav“ je nestabilnejší stav, ktorý je výsledkom prechodu elektrónu na orbitál s vyššou energiou.

Počet elektrónov v každej škrupine

Elektróny, ktoré sa zmestia do každej nádrže sú vypočítané s 2n ²

Chemické prvky, ktoré sú súčasťou periodickej tabuľky a ktoré sú v rovnakom stĺpci, majú v poslednej schránke rovnaké elektróny. Počet elektrónov v prvých štyroch vrstvách by bol 2, 8, 18 a 32.

Elektróny rotujú v kruhových dráhach bez vyžarovacej energie

Podľa Bohrovho prvého postulátu elektróny opisujú kruhové dráhy okolo jadra atómu bez vyžarovacej energie.

Obežné dráhy sú povolené

Podľa Bohrho druhého postulátu sú jedinými povolenými obežnými dráhami elektróny tie, pre ktoré je uhlová hybnosť L elektrónu celé číslo Planckovej konštanty. Matematicky sa vyjadruje takto:

Energia emitovaná alebo absorbovaná pri skokoch

Podľa tretieho postulátu by elektróny emitovali alebo absorbovali energiu pri skokoch z jednej orbity na druhú. Pri orbitálnom skoku sa emituje alebo absorbuje fotón, ktorého energia je matematicky znázornená:

Bohrov atómový model postuluje

Bohr pokračoval v planétovom modeli atómu, podľa ktorého sa elektróny točili okolo pozitívne nabitého jadra, rovnako ako planéty okolo Slnka.

Tento model však čelí jednému z postulátov klasickej fyziky. Podľa toho by častice s elektrickým nábojom (ako je elektrón), ktoré sa pohybujú v kruhovej dráhe, mali nepretržite strácať energiu emisiou elektromagnetického žiarenia. Pri strate energie by elektrón musel nasledovať špirálu, kým sa nedostane do jadra.

Bohr potom predpokladal, že zákony klasickej fyziky neboli najvhodnejšie na opísanie pozorovanej stability atómov a navrhol tieto tri postuláty:

Prvý postulát

Elektrón prechádza okolo jadra na obežných dráhach, ktoré kreslia kruhy, bez vyžarujúcej energie. Na týchto obežných dráhach je obežná moment hybnosti konštantná.

Pre elektróny atómu sú povolené iba obežné dráhy určitých polomerov, ktoré zodpovedajú určitým definovaným úrovniam energie.

Druhý postulát

Nie všetky obežné dráhy sú možné. Len čo je elektrón na povolenej obežnej dráhe, je v stave špecifickej a konštantnej energie a nevydáva energiu (stacionárna energetická obežná dráha).

Napríklad v atóme vodíka sú energie povolené pre elektrón dané touto rovnicou:

V tejto rovnici je hodnota -2,18 x 10 ^–18 Rydbergova konštanta pre atóm vodíka a n = kvantové číslo môže mať hodnoty od 1 do ∞.

Elektrónové energie atómu vodíka, ktoré sú generované z predchádzajúcej rovnice, sú pre každú z hodnôt n záporné. Keď sa n zvyšuje, energia je menej negatívna, a preto sa zvyšuje.

Keď je n dostatočne veľké - napríklad n = ∞ - energia je nula a predstavuje, že elektrón bol uvoľnený a atóm ionizovaný. Tento stav s nulovou energiou obsahuje vyššiu energiu ako negatívne energetické stavy.

Tretí postulát

Elektrón sa môže zmeniť z jednej stacionárnej obežnej energie na druhú emisiou alebo absorpciou energie.

Energia emitovaná alebo absorbovaná sa bude rovnať rozdielu v energii medzi týmito dvoma stavmi. Táto energia E je vo forme fotónu a je daná nasledujúcou rovnicou:

E = h ν

V tejto rovnici E je energia (absorbovaná alebo emitovaná), h je Planckova konštanta (jej hodnota je 6,63 x 10 - ³⁴ joulov sekúnd) a ν je frekvencia svetla, ktorej jednotka je 1 / s ,

Diagram energetickej úrovne pre atómy vodíka

Bohrov model bol schopný uspokojivo vysvetliť spektrum atómu vodíka. Napríklad v rozsahu vlnových dĺžok viditeľného svetla je emisné spektrum atómu vodíka nasledujúce:

Pozrime sa, ako možno vypočítať frekvenciu niektorých pozorovaných svetelných pásiem; napríklad farba červená.

Použitím prvej rovnice a nahradením n a 2 za n sa získajú výsledky uvedené v diagrame.

To znamená:

Pre n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

Pre n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Potom je možné vypočítať energetický rozdiel pre tieto dve úrovne:

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

Podľa rovnice vysvetlenej v treťom postuláte ΔE = h ν. Môžete teda vypočítať ν (frekvenciu svetla):

v = ΔE / h

To znamená:

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

v = 4,56 x ¹⁰¹⁴ s- ¹ alebo 4,56 x ¹⁰¹⁴ Hz

Vlnová dĺžka je λ = c / ν a rýchlosť svetla c = 3 x ¹⁰⁸ m / s.

A = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Toto je hodnota vlnovej dĺžky pozorovaného červeného pruhu v spektre vodíkovej čiary.

3 hlavné obmedzenia modelu Bohr

1 - Prispôsobuje sa spektru atómu vodíka, ale nie spektrám ostatných atómov.

2 - Vlnové vlastnosti elektrónu nie sú v opise uvedené ako malá častica, ktorá sa točí okolo atómového jadra.

3 - Bohr nevie vysvetliť, prečo sa na jeho model nevzťahuje klasický elektromagnetizmus. Preto elektróny nevydávajú elektromagnetické žiarenie, keď sú na stacionárnej obežnej dráhe.

Články záujmu

Schrödingerov atómový model.

Atómový model De Broglie.

Chadwickov atómový model.

Heisenbergov atómový model.

Perrinov atómový model.

Thomsonov atómový model.

Daltonov atómový model.

Atómový model Dirac Jordan.

Atómový model Demokrita.

Sommerfeldský atómový model.

Referencie

1. Brown, TL (2008). Chémia: ústredná veda. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Kvantová fyzika atómov, molekúl, tuhých látok, jadier a častíc. New York: Wiley
3. Atómový model Bohr-Sommerfeld. Získané z: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Svet chémie. Philadelphia, Pa .: Saunders College Publishing, s.
5. Model Bohr de l'atome d'hydrogène. Získané z fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Obnovené z: home.cern