Fisika

Bohr Atoommodel


Die atoom is nog altyd bestudeer deur modelle voorgestel deur wetenskaplikes. Elke model het hipoteses gebring op grond van teoretiese formulerings en eksperimentele resultate wat deur hul onderskeie outeurs verkry is, en bly geldig totdat dit foute in die uiteensetting van die verskynsels gelewer het. Indien wel, moet navorsers nuwe modelle of aanpassings aan die teorieë wat reeds ontwikkel is, voorstel.

In 1911 stel Ernest Rutherford 'n model voor wat die atoom beskryf as 'n planetêre stelsel waarin daar 'n positief gelaaide sentrale kern was en rondom die elektrone wentel. Alhoewel dit belangrik is, het Rutherford se model sommige verskynsels nie korrek verklaar nie. Volgens Maxwell se teorie moet enige versnelde lading elektromagnetiese straling uitstraal en sodoende energie verloor. Aangesien 'n elektron van die Rutherford-atoom 'n sirkelvormige baan beskryf en dus sentripetale versnelling gehad het, moet dit straling permanent uitstraal en sodoende die energievlak verminder. Dit moet dus 'n spiraalvormige baan beskryf totdat dit in die kern val, wat nie voorgekom het nie, aangesien die elektrosfere van atome stabiel is.

Daar is ook 'n ander probleem met Rutherford se model. Volgens Maxwell het die bestraling wat deur die elektron vrygestel word dieselfde bewegingsfrekwensie. Aangesien die frekwensie van elektronbeweging voortdurend moet varieer namate dit na die kern beweeg, moet die elektron ook voortdurend straling van veranderlike frekwensies uitstraal. Straling wat deur 'n atoom uitgestraal word, moet egter slegs frekwensies van sekere waardes hê, in teenstelling met termiese straling wat deur 'n liggaam met 'n deurlopende spektrum uitgestraal word.

As gevolg van hierdie teenstrydighede, ontwikkel Niels Bohr 'n nuwe teorie gebaseer op kwantumidees. Bohr het afgelei dat die elektrone van die atoom se elektrosfeer stabiel moet wees om sekere energievlakke te neem, genaamd bestendige state of kwantum, elk ooreenstem met 'n spesifieke energie. Hy het gesê dat die atoom in bestendige toestand geen straling uitstraal nie, en daarom het die elektrosfeer stabiel gebly.

Die volgende jaar het Gustav Hertz en James Franck die bestaan ​​van bestendige state bevestig. Die konstante toestand, waarvan die elektrone die laagste energievlakke het, word die grondtoestand; die ander toegelate state word geroep opgewonde state. Dit beteken dat slegs die grondtoestand en die ander opgewekte state toegelaat word - enige ander state is verbode.

Met inagneming van die spesifieke geval van waterstof, wat slegs uit een elektron bestaan, kan die energievlakke verkry word deur die volgende uitdrukking:

Waar die hoof kwantumgetal word gesimboliseer deur die letter n (= 1, 2, 3 ...) en EN is die energie wat ooreenstem met elke kwantumgetal.

Die belangrikste is dat n = 1 ooreenstem met die grondtoestand van energie. Boonop is die energiewaardes negatief, wat beteken dat die elektron energie moet ontvang om die vlak te bereik, óf ophou om op daardie tydstip met die kern in wisselwerking te wees, óf sy band met die atoom te verloor.

Bohr postuleer ook dat elke atoom, wat van een stabiele toestand na 'n ander beweeg, 'n kwantum energie uitstraal of absorbeer wat presies gelyk is aan die verskil tussen die energieë wat ooreenstem met die toestande. Hierdie resultaat kan nie deur die klassieke elektromagnetiese teorie verklaar word nie, aangesien die frekwensie van uitgestraalde straling volgens hierdie verband hou met die frekwensie van elektronbeweging. Ons weet vandag dat dit nie korrek is nie, aangesien die frekwensie van vrygestelde straling slegs verband hou met die energieverskil tussen die aanvanklike en finale toestande.

Volgens Bohr beskryf elektrone sirkelbane om 'n positiewe kern as gevolg van die aantrekkingskrag wat deur Coulomb se wet wat in hierdie geval die sentripetale krag van beweging is. Die radiusse van hierdie trajekte kan slegs sekere vasgestelde waardes aanneem. By waterstof, byvoorbeeld, word die toegelate waardes vir die strale gegee deur die uitdrukking hieronder:

waar:

n = kwantumgetal (n = 1, 2, 3 ...);

rN = baanradius wat ooreenstem met kwantumgetal n;

r1 = radius wat ooreenstem met die grondenergietoestand, gegee deur:

waar:

h = Planck konstant (h = 6.63x10-34J s);

K = elektrostatiese vakuumkonstante (K = 9x109 Nm² / C²);

Z = atoomgetal van die chemiese element;

e = elektronlading (K = 1,6x10-19 C);

m = elektronmassa (e = 9,1 x10-31 kg).


Video: 04 Het atoommodel van Bohr - scheikunde (Mei 2021).