Bohr-malli atomista

Bohr-mallissa on atomi, joka koostuu pienestä, positiivisesti varautuneesta ytimestä, jota kiertävät negatiivisesti varautuneet elektronit. Tässä on tarkempi kuvaus Bohr-mallista, jota kutsutaan joskus Rutherford-Bohr-malliksi.

Niels Bohr ehdotti atomin Bohr-mallia vuonna 1915. Koska Bohr-malli on muunnelma aikaisemmasta Rutherford-mallista, jotkut kutsuvat Bohrin mallia Rutherford-Bohr-malliksi. Atomin moderni malli perustuu kvanttimekaniikkaan. Bohr-malli sisältää joitain virheitä, mutta se on tärkeä, koska se kuvaa suurimman osan atomiteorian hyväksytyistä piirteistä ilman kaikkea modernin version korkean tason matematiikkaa. Toisin kuin aikaisemmissa malleissa, Bohr-malli selittää Rydbergin kaavan spektripäästöjohdoille atomia vetyä.

Bohr-malli on planeettamalli, jossa negatiivisesti varautuneet elektronit kiertävät pienen, positiivisesti varautuneen ytimen, joka muistuttaa aurinkoa kiertäviä planeettoja (paitsi että kiertoradat eivät ole tasomaisia). Aurinkosysteemin painovoima on matemaattisesti samanlainen kuin positiivisesti varautuneen ytimen ja negatiivisesti varautuneiden elektronien välinen (sähköinen) Coulomb-voima.

• Elektronit kiertävät ydin kiertoradalla, joilla on asetettu koko ja energia.
• Kiertoradan energia liittyy sen kokoon. Pienin energia löytyy pienimmältä kiertoradalta.
• Säteily absorboituu tai emittoituu, kun elektroni siirtyy kiertoradalta toiselle.

Yksinkertaisin esimerkki Bohr-mallista on vetyatomi (Z = 1) tai vetymäinen ioni (Z> 1), jossa negatiivisesti varautunut elektroni kiertää pienen positiivisesti varautuneen ytimen. Sähkömagneettinen energia absorboituu tai säteilee, jos elektroni siirtyy kiertoradalta toiselle. Vain tietyt elektroni kiertävät ovat sallittuja. Mahdollisten kiertoratojen säde kasvaa kun n², missä n on pääkvanttinumero. 3 → 2 -siirto tuottaa Balmer-sarja. Vetylle (Z = 1) tämä tuottaa fotonin, jonka aallonpituus on 656 nm (punainen valo).

Raskaammat atomit sisältävät ytimessä enemmän protoneja kuin vetyatomi. Kaikkien näiden protonien positiivisen varauksen poistamiseksi vaadittiin enemmän elektronia. Bohr uskoi, että kukin elektronikierto voi pitää vain tietyn määrän elektroneja. Kun taso oli täynnä, ylimääräisiä elektroneja räjäytettiin seuraavalle tasolle. Siten raskaampien atomien Bohr-malli kuvasi elektronikuoria. Malli selitti joitain raskaampien atomien atomiominaisuuksista, joita ei koskaan ollut toistettu. Esimerkiksi kuorimalli selitti, miksi atomit siirtyivät pienemmiksi jaksollisen jakson (rivin) poikki, vaikka niissä oli enemmän protoneja ja elektroneja. Se selitti myös, miksi jalokaasut olivat inerttejä ja miksi jaksotaulukon vasemmalla puolella olevat atomit houkuttelevat elektroneja, kun taas oikealla puolella olevat kadotavat ne. Kuitenkin mallin oletetaan, että kuoret elektronit eivät ole vuorovaikutuksessa keskenään eivätkä pystyneet selittämään miksi elektronit näyttivät pinoutuvan epäsäännöllisesti.

• Se rikkoo Heisenbergin epävarmuusperiaate koska se katsoo, että elektronilla on sekä tunnettu säde että kiertorata.
• Bohr-malli antaa väärän arvon perustilaan kiertoradan kulmaliike.
• Se tekee huonot ennusteet suurempien atomien spektristä.
• Se ei ennusta spektriviivojen suhteellisia intensiteettejä.
• Bohr-malli ei selitä spektriviivojen hienoa rakennetta ja hyperhienoa rakennetta.
• Se ei selitä Zeeman-ilmiötä.

Bohr-mallin näkyvin parannus oli Sommerfeld-malli, jota joskus kutsutaan Bohr-Sommerfeld-malliksi. Tässä mallissa elektronit kulkevat elliptisillä kiertoradoilla ytimen ympäri eikä pyöreillä kiertoradoilla. Sommerfeldin malli selitti paremmin atomispektrisiä vaikutuksia, kuten Starkin vaikutus spektriviivojen jakamisessa. Malli ei kuitenkaan voinut majoittaa magneettista kvanttilukua.

Viime kädessä Bohr-malli ja siihen perustuvat mallit korvattiin Wolfgang Paulin kvanttimekaniikkaan perustuvalla mallilla vuonna 1925. Tätä mallia parannettiin tuottamaan moderni malli, jonka Erwin Schrodinger esitteli vuonna 1926. Nykyään vetyatomin käyttäytymistä selitetään käyttämällä aalto mekaniikkaa atomien kiertoratojen kuvaamiseksi.

• Lakhtakia, Akhlesh; Salpeter, Edwin E. (1996). "Vedin mallit ja muottimet". American Journal of Physics. 65 (9): 933. Kirjakoodi: 1997AmJPh..65..933L. doi:10.1119/1.18691
• Linus Carl Pauling (1970). "Luku 5-1". Yleinen kemia (3. painos). San Francisco: W.H. Freeman & Co. ISBN 0-486-65622-5.
• Niels Bohr (1913). "Atomien ja molekyylien perustamisesta, osa I" (PDF). Filosofinen aikakauslehti. 26 (151): 1–24. doi:10.1080/14786441308634955
• Niels Bohr (1914). "Heliumin ja vedyn spektrit". luonto. 92 (2295): 231–232. doi: 10.1038 / 092231d0