De Bohr atommodell är den danska fysikern Niels Bohrs (1885-1962) uppfattning om atomens struktur, publicerad 1913. I Bohr-atomen upptar elektronerna runt kärnan endast vissa tillåtna banor, tack vare en begränsning som kallas kvantisering.
För Bohr var bilden av atomen som ett miniatyr solsystem, med elektroner som kretsar kring kärnan, inte helt överensstämmande med det faktum att elektriska laddningar, när de accelereras, utstrålar energi..
En sådan atom skulle inte vara stabil, för den skulle sluta kollapsa förr eller senare för att elektronerna skulle spiralera mot kärnan. Och då hade de karakteristiska ljusmönstren som väte och andra gaser avger vid uppvärmning varit kända i 50 år..
Mönstret eller spektrumet består av en serie ljusa linjer med vissa mycket specifika våglängder. Och väteatomen kollapsar inte från att avge ljus.
För att förklara varför atomen är stabil trots att den kan utstråla elektromagnetisk energi, föreslog Bohr att vinkelmoment endast kunde anta vissa värden och därför också energi. Detta är vad som menas med kvantisering.
Genom att acceptera att energin kvantiserades skulle elektronen ha den nödvändiga stabiliteten för att inte rusa mot kärnan som förstör atomen..
Och atomen utstrålar endast ljusenergi när elektronen övergår från en bana till en annan, alltid i diskreta mängder. På detta sätt förklaras närvaron av utsläppsmönster i väte..
Bohr komponerade därmed en vision av atomen genom att integrera välkända begrepp från klassisk mekanik med nyupptäckta sådana, såsom Plancks konstant, foton, elektron, atomkärna (Rutherford hade varit Bohrs mentor) och ovannämnda problemspektrum.
Artikelindex
Bohrs atommodell antar att elektronen rör sig i en cirkulär bana runt kärnan genom inverkan av Coulombs elektrostatiska attraktionskraft och föreslår att elektronens vinkelmoment kvantiseras.
Låt oss se hur man integrerar båda begreppen i matematisk form:
Låt L vara storleken på vinkelmomentet, m massan av elektronen, v elektronens hastighet, och r kretsens radie. För att beräkna L har vi:
L = m⋅r⋅v
Bohr föreslog att L var lika med heltalsmultiplar av konstant h / 2π, där h är Planck är konstant, introducerades för en kort tid sedan av fysikern Max Planck (1858-1947) när man löser problemet med den energi som emitteras av en svart kropp, ett teoretiskt objekt som absorberar allt infallande ljus.
Dess värde är h = 6,626 × 10−34 J ・ s, medan en h / 2π betecknas som ħ, vad läses "H bar".
Därför förblir vinkelmomentet L:
m⋅r⋅v = nħ, med n = 1,2, 3 ...
Och från detta tillstånd härleds radierna för banorna som tillåts för elektronen, som vi kommer att se nedan.
I det följande antar vi de enklaste av atomerna: väte, som består av en enda proton och en elektron, båda med en laddning av storleken e.
Den centripetala kraften som håller elektronen i sin cirkulära bana tillhandahålls av elektrostatisk attraktion, vars storlek F är:
F = ketvå/ rtvå
Där k är den elektrostatiska konstanten i Coulombs lag och r elektron-protonavståndet. Att veta att i en cirkelrörelse centripetalacceleration vidc ges av förhållandet mellan hastigheten och hastigheten r:
tillc = vtvå / r
Enligt Newtons andra lag är nettokraften produkten av massan m och accelerationen:
mvtvå/ r = ketvå/ rtvå
Genom att förenkla radien r får vi:
m⋅vtvår = ketvå
Genom att kombinera detta uttryck med vinkelmoment har vi ett ekvationssystem, givet av:
1) mvtvår = ketvå
2) r = n ħ/ mv
Tanken är att lösa systemet och bestämma r, radien för den tillåtna banan. En liten elementär algebra leder till svaret:
r = (nħ)två / k⋅m⋅etvå
Med n = 1, 2, 3, 4, 5 ...
För n = 1 har vi den minsta av radierna, kallad Bohr radie tilleller med ett värde på 0,529 × 10−10 m. Radierna för de andra banorna uttrycks i termer av tilleller.
På detta sätt introducerar Bohr huvudkvantantalet n, notera att de tillåtna radierna är en funktion av Plancks konstant, den elektrostatiska konstanten och massan och laddningen av elektronen.
Bohr kombinerar skickligt newtons mekanik med nya upptäckter som ständigt inträffade under andra hälften av artonhundratalet och början av 1900-talet. Bland dem det revolutionära begreppet "kvanten", som Planck själv hävdade att han inte var särskilt övertygad om.
Genom sin teori kunde Bohr på ett tillfredsställande sätt förklara serierna i vätespektrumet och förutsäga energiutsläpp i det ultravioletta och infraröda området, som ännu inte hade observerats..
Vi kan sammanfatta dess postulat enligt följande:
Elektronen kretsar kring kärnan i en stabil cirkulär bana, med enhetlig cirkelrörelse. Rörelsen beror på den elektrostatiska attraktion som kärnan utövar på den.
Elektronens vinkelmoment kvantiseras enligt uttrycket:
L = mvr = nħ
Där n är ett heltal: n = 1, 2, 3, 4 ... vilket leder till att elektronen endast kan vara i vissa definierade banor, vars radier är:
r = (n ħ)två / k m etvå
Eftersom vinkelmomentet kvantiseras, så är energin E. Det kan visas att E ges av:
Elektronvolt, eller eV, är en annan energienhet som används i vida atomfysik. Det negativa tecknet i energin säkerställer banans stabilitet, vilket indikerar att arbete måste göras för att separera elektronen från denna position..
Medan elektronen befinner sig i sin bana absorberar eller avger den inte ljus. Men när det hoppar från en högre energibana till en lägre, gör det det..
Frekvensen f för det utsända ljuset beror på skillnaden mellan banornas energinivåer:
E = hf = Eförsta - Eslutlig
Bohr-modellen har vissa begränsningar:
-Den appliceras endast framgångsrikt på väteatomen. Försök att applicera den på mer komplexa atomer misslyckades.
-Det svarar inte varför vissa banor är stabila och andra inte. Det faktum att energin i atomen kvantiserades fungerade mycket bra, men modellen gav ingen anledning, och det var något som orsakade forskare obehag..
-En annan viktig begränsning är att den inte förklarade de ytterligare linjer som avges av atomer i närvaro av elektromagnetiska fält (Zeeman-effekt och Stark-effekt). Eller varför vissa linjer i spektrumet var mer intensiva än andra.
-Bohr-modellen tar inte heller hänsyn till relativistiska effekter, vilket det är nödvändigt att ta hänsyn till, eftersom det experimentellt bestämdes att elektroner kan nå hastigheter som är ganska nära ljusets i vakuum..
-Det antar att det är möjligt att veta exakt positionen och hastigheten för elektronen, men vad som faktiskt beräknas är sannolikheten för att elektronen upptar en viss position.
Trots sina begränsningar var modellen mycket framgångsrik då, inte bara för att integrera nya upptäckter med redan kända element, utan också för att den väckte nya frågor, vilket gjorde det klart att vägen till en tillfredsställande förklaring av atomen låg i kvantmekanik..
Schrödingers atommodell.
Atomic de Broglie-modellen.
Chadwick Atomic Model.
Heisenberg atommodell.
Perrins atommodell.
Thomsons atommodell.
Dalton atommodell.
Dirac Jordan atommodell.
Atommodell för Democritus.
Atommodell av Leucippus.
Sommerfeld atommodell.
Nuvarande atommodell.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.