BOHRS ATOMMODEL: KARAKTERISTIKA OG POSTULATER - FYSISK - 2025

Den Bohr atommodel er en repræsentation af det forslag danske fysiker Neils Bohr (1885-1962) atom. Modellen konstaterer, at elektronet bevæger sig i kredsløb i en fast afstand omkring atomkernen og beskriver en ensartet cirkulær bevægelse. Banerne - eller energiniveauet, som han kaldte dem - har forskellig energi.

Hver gang elektronet skifter bane, udsender eller absorberer det energi i faste mængder kaldet "kvanta". Bohr forklarede spektret af lys, der udsendes (eller absorberes) af hydrogenatomet. Når et elektron bevæger sig fra en bane til en anden mod kernen, er der et energitab og lys udsendes med karakteristisk bølgelængde og energi.

Kilde: wikimedia.org. Forfatter: Sharon Bewick, Adrignola. Illustration af Bohrs atommodel. Proton, kredsløb og elektron.

Bohr nummererede elektronens energiniveau, i betragtning af, at jo tættere elektronet er på kernen, jo lavere er dens energitilstand. Jo længere væk elektronet er fra kernen, antallet af energiniveauet vil således være større, og energitilstanden vil derfor være større.

Hovedtræk

Bohr-modelfunktionerne er vigtige, fordi de bestemte vejen til udvikling af en mere komplet atommodel. De vigtigste er:

Det understøttes af andre tiders modeller og teorier

Bohrs model var den første, der inkorporerede kvanteteori, baseret på Rutherfords atommodel og på ideer hentet fra Albert Einsteins fotoelektriske effekt. Faktisk var Einstein og Bohr venner.

Eksperimentel bevis

I henhold til denne model absorberer eller udsender atomer kun stråling, når elektroner hopper mellem tilladte baner. De tyske fysikere James Franck og Gustav Hertz opnåede eksperimentelle beviser for disse stater i 1914.

Elektroner findes i energiniveau

Elektroner omgiver kernen og findes ved bestemte energiniveauer, som er adskilte og er beskrevet i kvanttal.

Værdien af ​​energien i disse niveauer findes som en funktion af et tal n, kaldet det primære kvanttal, som kan beregnes med ligninger, der vil blive detaljeret senere.

Uden energi er der ingen bevægelse af elektronet

Kilde: wikimedia.org. Forfatter: Kurzon

Den øverste illustration viser et elektron, der frembringer kvantespring.

I henhold til denne model er der uden energi ingen bevægelse af elektronet fra et niveau til et andet, ligesom uden energi er det ikke muligt at løfte et faldet objekt eller at adskille to magneter.

Bohr foreslog kvantet som den energi, der kræves af et elektron til at passere fra et niveau til et andet. Han konstaterede også, at det laveste energiniveau, som en elektron optager, kaldes "jordtilstand". Den "ophidsede tilstand" er en mere ustabil tilstand, resultatet af passagen af ​​en elektron til en orbital med højere energi.

Antal elektroner i hver skal

Elektroner, der passer ind i hver skal beregnes med 2n ²

Kemiske elementer, der er en del af den periodiske tabel, og som er i samme søjle, har de samme elektroner i den sidste skal. Antallet af elekroner i de første fire lag ville være 2, 8, 18 og 32.

Elektroner roterer i cirkulære kredsløb uden at udstråle energi

Ifølge Bohrs første postulat beskriver elektroner cirkulære baner omkring atomens kerne uden at udstråle energi.

Baner tilladt

I henhold til Bohrs andet postulat er de eneste baner, der er tilladt for et elektron, dem, for hvilke elektronets vinkelmoment L er et heltal af multipla af Plancks konstant. Matematisk udtrykkes det sådan:

Energi udsendt eller absorberet i spring

Ifølge det tredje postulat ville elektroner udsende eller absorbere energi i spring fra en bane til en anden. I kredsløbsspringet udsendes eller absorberes en foton, hvis energi er matematisk repræsenteret:

Bohrs atommodel postulerer

Bohr videreførte atomets planetariske model, ifølge hvilken elektroner drejede sig om en positivt ladet kerne, ligesom planeterne omkring Solen.

Denne model udfordrer imidlertid et af postulaterne i klassisk fysik. I henhold til dette bør en partikel med en elektrisk ladning (såsom elektronet), der bevæger sig i en cirkulær bane, kontinuerligt miste energi ved udsendelse af elektromagnetisk stråling. Når man mister energi, skulle elektronikken følge en spiral, indtil den faldt ned i kernen.

Bohr antog derefter, at lovene i klassisk fysik ikke var det bedst egnede til at beskrive den observerede stabilitet af atomer og fremsatte følgende tre postulater:

Første postulat

Elektronen går rundt om kernen i kredsløb, der tegner cirkler, uden at udstråle energi. I disse kredsløb er den bevægelige vinkelmomentum konstant.

For elektroner fra et atom er det kun tilladt baner med bestemte radier, svarende til bestemte definerede energiniveauer.

Andet postulat

Ikke alle kredsløb er mulige. Men når elektronet først er i en bane, der er tilladt, befinder det sig i en tilstand af specifik og konstant energi og afgiver ikke energi (stationær energibane).

F.eks. I brintatomet er de tilladte energier til elektronet givet ved følgende ligning:

I denne ligning værdien -2,18 x 10 ^-18 er Rydberg konstant for hydrogenatom, og n = kvantetal kan antage værdier fra 1 til ∞.

Elektronenergierne fra et hydrogenatom, der genereres fra den forrige ligning, er negative for hver af n-værdierne. Når n stiger, er energien mindre negativ og øges derfor.

Når n er stor nok - for eksempel n = ∞ - er energien nul og repræsenterer at elektronet er frigivet og atomet ioniseret. Denne nul energitilstand har højere energi end negative energitilstander.

Tredje postulat

En elektron kan skifte fra en stationær energibane til en anden ved emission eller absorption af energi.

Den energi, der udsendes eller absorberes, vil være lig med forskellen i energi mellem de to tilstande. Denne energi E er i form af en foton og gives ved følgende ligning:

E = h ν

I denne ligning er E energien (absorberet eller udsendt), h er Plancks konstante (dens værdi er 6,63 x 10 ^-34 joule-sekunder) og ν er lysfrekvensen, hvis enhed er 1 / s.

Energiniveaudiagram for brintatomer

Bohr-modellen var i stand til tilfredsstillende at forklare spektret af brintatomet. For eksempel i bølgelængdeområdet for synligt lys er emissionspektret for brintatomet som følger:

Lad os se, hvordan hyppigheden af ​​nogle af de observerede lysbånd kan beregnes; for eksempel farven rød.

Ved anvendelse af den første ligning og substitution af 2 og 3 med n opnås de i diagrammet viste resultater.

Det vil sige:

For n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

For n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Det er derefter muligt at beregne energiforskellen for de to niveauer:

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

I henhold til ligningen forklaret i det tredje postulat ulateE = h ν. Så du kan beregne v (lysfrekvens):

v = ΔE / h

Det vil sige:

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

At være λ = c / ν, og lysets hastighed c = 3 x ¹⁰⁸ m / s, er bølgelængden givet ved:

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

Dette er bølgelængdeværdien af ​​det observerede røde bånd i brintlinjespektret.

De 3 største begrænsninger af Bohr-modellen

1- Det tilpasser sig spektret af brintatomet, men ikke til spektret af andre atomer.

2- Elektronets bølgeegenskaber er ikke repræsenteret i beskrivelsen af ​​det som en lille partikel, der kredser om atomkernen.

3 - Bohr kan ikke forklare, hvorfor klassisk elektromagnetisme ikke finder anvendelse på hans model. Det er, hvorfor elektroner ikke udsender elektromagnetisk stråling, når de er i en stationær bane.

Artikler af interesse

Schrödingers atommodel.

De Broglie atommodel.

Chadwicks atommodel.

Heisenberg atommodel.

Perrins atommodel.

Thomsons atommodel.

Daltons atommodel.

Dirac Jordan atommodel.

Atomisk model af Democritus.

Sommerfeld atommodel.

Referencer

1. Brown, TL (2008). Kemi: den centrale videnskab. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Kvantefysik af atomer, molekyler, faste stoffer, kerner og partikler. New York: Wiley
3. Bohr-Sommerfeld atommodel. Gendannes fra: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Kemiens verden. Philadelphia, Pa.: Saunders College Publishing, s. 76-78.
5. Model af Bohr de l'atome d'hydrogène. Gendannes fra fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Gendannes fra: home.cern