BOHRS ATOMMODELL: KJENNETEGN OG POSTULATER - FYSISK - 2025

Den Bohr atom-modellen er en representasjon av atomet er foreslått av den danske fysiker Neils Bohr (1885-1962). Modellen slår fast at elektronet beveger seg i baner i en fast avstand rundt atomkjernen, og beskriver en jevn sirkulær bevegelse. Banene - eller energinivået, som han kalte dem - har forskjellig energi.

Hver gang elektronet skifter bane, avgir eller absorberer det energi i faste mengder som kalles "kvanta." Bohr forklarte spekteret av lys som er avgitt (eller absorbert) av hydrogenatomet. Når et elektron beveger seg fra en bane til en annen mot kjernen, er det et tap av energi og det slippes ut lys, med karakteristisk bølgelengde og energi.

Kilde: wikimedia.org. Forfatter: Sharon Bewick, Adrignola. Illustrasjon av Bohrs atommodell. Proton, bane og elektron.

Bohr nummererte energinivået til elektronet, med tanke på at jo nærmere elektronet er kjernen, jo lavere er energitilstanden. Jo lenger borte elektronet er fra kjernen, antallet på energinivået vil være større, og energitilstanden vil derfor være større.

Hovedtrekkene

Bohr-modellfunksjonene er viktige fordi de bestemte veien til utviklingen av en mer komplett atommodell. De viktigste er:

Det støttes av andre tiders modeller og teorier

Bohrs modell var den første som inkorporerte kvanteteori, basert på Rutherfords atommodell og ideer hentet fra Albert Einsteins fotoelektriske effekt. Faktisk var Einstein og Bohr venner.

Eksperimentelle bevis

I følge denne modellen absorberer eller avgir atomer bare stråling når elektroner hopper mellom tillatte baner. De tyske fysikerne James Franck og Gustav Hertz innhentet eksperimentelle bevis for disse statene i 1914.

Elektroner finnes i energinivåer

Elektroner omgir kjernen og eksisterer ved visse energinivåer, som er diskrete og er beskrevet i kvantetall.

Verdien på energien til disse nivåene eksisterer som en funksjon av et tall n, kalt det viktigste kvantetallet, som kan beregnes med ligninger som vil bli detaljert senere.

Uten energi er det ingen bevegelse av elektronet

Kilde: wikimedia.org. Forfatter: Kurzon

Den øvre illustrasjonen viser et elektron som gjør kvantesprang.

I henhold til denne modellen er det uten energi bevegelse av elektronet fra et nivå til et annet, akkurat som uten energi er det ikke mulig å løfte et falt objekt eller å skille to magneter.

Bohr antydet kvantumet som energien som kreves av et elektron for å passere fra et nivå til et annet. Han slo også fast at det laveste energinivået som et elektron opptar, kalles "bakkestatus." Den "opphissede tilstanden" er en mer ustabil tilstand, resultatet av passering av et elektron til en orbital med høyere energi.

Antall elektroner i hvert skall

Elektronene som passer i hvert skall, beregnes med 2n ²

Kjemiske elementer som er en del av det periodiske systemet og som er i samme kolonne har de samme elektronene i det siste skallet. Antall elekroner i de fire første lagene ville være 2, 8, 18 og 32.

Elektroner roterer i sirkulære baner uten å utstråle energi

I følge Bohrs First Postulate beskriver elektronene sirkulære baner rundt atomkjernen uten å utstråle energi.

Baner tillatt

I følge Bohrs Second Postulate er de eneste banene som er tillatt for et elektron de som vinkelmomentet L for elektronet er et helt tall av Plancks konstant. Matematisk uttrykkes det slik:

Energi som slippes ut eller absorberes i hopp

I følge det tredje postulatet ville elektronene avgi eller absorbere energi i hopp fra en bane til en annen. I banehoppet blir det avgitt eller absorbert et foton, hvis energi er representert matematisk:

Bohrs atommodell postulerer

Bohr videreførte planetens planetmodell, ifølge hvilken elektroner dreide rundt en positivt ladet kjerne, akkurat som planetene rundt solen.

Imidlertid utfordrer denne modellen en av postulatene til klassisk fysikk. I følge dette skal en partikkel med en elektrisk ladning (for eksempel elektronet) som beveger seg i en sirkulær bane, kontinuerlig miste energi ved utslipp av elektromagnetisk stråling. Når man mister energi, måtte elektronet følge en spiral til det falt i kjernen.

Bohr antok da at lovene i klassisk fysikk ikke var de mest egnede for å beskrive den observerte stabiliteten til atomer og fremmet følgende tre postulater:

Første postulat

Elektronet går rundt kjernen i baner som tegner sirkler, uten å utstråle energi. I disse bane er det vinkelmoment som går i bane, konstant.

For elektronene til et atom er det bare baner av visse radier som tillates, tilsvarende visse definerte energinivåer.

Andre postulat

Ikke alle baner er mulige. Men når elektronet er i en bane som er tillatt, befinner det seg i en tilstand av spesifikk og konstant energi og avgir ikke energi (stasjonær energibane).

For eksempel, i hydrogenatom blir energiene som tillates for elektronet gitt av følgende ligning:

I denne ligning verdien -2,18 x 10 ^-18 er det Rydberg konstanten for hydrogenatom, og n = quantum antall kan ta verdier fra 1 til ∞.

Elektronenergiene til et hydrogenatom som genereres fra den forrige ligningen er negative for hver av verdiene til n. Når n øker, er energien mindre negativ og øker derfor.

Når n er stor nok - for eksempel n = ∞ - er energien null og representerer at elektronet har blitt frigjort og atomet ionisert. Denne nullenergistaten har høyere energi enn negative energitilstander.

Tredje postulat

Et elektron kan skifte fra en stasjonær energiban til en annen ved utslipp eller absorpsjon av energi.

Energien som slippes ut eller absorberes, vil være lik forskjellen i energi mellom de to tilstandene. Denne energien E er i form av et foton og gis ved følgende ligning:

E = h ν

I denne ligningen er E energien (absorbert eller utsendt), h er Plancks konstante (dens verdi er 6,63 x 10 ^-34 joule-sekunder) og v er lysfrekvensen, hvis enhet er 1 / s .

Energinivåskjema for hydrogenatomer

Bohr-modellen var i stand til å forklare spektret til hydrogenatom tilfredsstillende. For eksempel, i bølgelengdeområdet for synlig lys, er emisjonsspekteret til hydrogenatom som følger:

La oss se hvordan frekvensen til noen av de observerte lysbåndene kan beregnes; for eksempel fargen rød.

Ved å bruke den første ligningen og erstatte 2 og 3 med n, oppnås resultatene vist i diagrammet.

Det er å si:

For n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

For n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Det er da mulig å beregne energiforskjellen for de to nivåene:

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

I henhold til ligningen forklart i det tredje postulatet ΔE = h ν. Så du kan beregne ν (lysfrekvens):

ν = ΔE / h

Det er å si:

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

v = 4,56 x 10 ¹⁴ s ^-1 eller 4,56 x 10 ¹⁴ Hz

Å være λ = c / ν, og lysets hastighet c = 3 x 10 ⁸ m / s, er bølgelengden gitt av:

λ = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Dette er bølgelengdeverdien til det observerte røde båndet i hydrogenlinjespektret.

De 3 viktigste begrensningene i Bohr-modellen

1- Den tilpasser seg spektret til hydrogenatom, men ikke til spektrene til andre atomer.

2- Bølgeegenskapene til elektronet er ikke representert i beskrivelsen av det som en liten partikkel som kretser rundt atomkjernen.

3- Bohr kan ikke forklare hvorfor klassisk elektromagnetisme ikke gjelder modellen hans. Det vil si hvorfor elektroner ikke sender ut elektromagnetisk stråling når de er i en stasjonær bane.

Artikler av interesse

Schrödingers atommodell.

De Broglie atommodell.

Chadwicks atommodell.

Heisenberg atommodell.

Perrins atommodell.

Thomsons atommodell.

Daltons atommodell.

Dirac Jordan atommodell.

Atommodell av Democritus.

Sommerfeld atommodell.

referanser

1. Brown, TL (2008). Kjemi: den sentrale vitenskapen. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Kvantefysikk av atomer, molekyler, faste stoffer, kjerner og partikler. New York: Wiley
3. Bohr-Sommerfeld atommodell. Gjenopprettet fra: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). World of chemistry. Philadelphia, Pa .: Saunders College Publishing, s. 76-78.
5. Modell av Bohr de l'atome d'hydrogène. Gjenopprettet fra fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Gjenopprettet fra: home.cern