فيزياء

نموذج بوهر الذري


تمت دراسة الذرة دائمًا من خلال نماذج اقترحها العلماء. أحضر كل نموذج فرضيات بناءً على الصيغ النظرية والنتائج التجريبية التي حصل عليها مؤلفوه ، وظلت صالحة حتى قدمت عيوبًا في تفسير الظواهر. إذا كان الأمر كذلك ، يجب على الباحثين اقتراح نماذج أو تعديلات جديدة على النظريات التي تم تطويرها بالفعل.

في عام 1911 ، اقترح إرنست راذرفورد نموذجًا وصف الذرة بأنها نظام كوكبي يوجد فيه نواة مركزية موجبة الشحنة وإلكترونات تدور حولها. على الرغم من أهميته ، فإن نموذج رذرفورد لم يفسر بعض الظواهر بشكل صحيح. وفقًا لنظرية ماكسويل ، يجب أن تنبعث أي شحنة متسرعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وفقدان الطاقة. منذ أن وصف إلكترون من ذرة راذرفورد مدارًا دائريًا ، وبالتالي كان له تسارع مركزي ، يجب أن ينبعث الإشعاع بشكل دائم ، مما يقلل من مستوى الطاقة. وبالتالي ، يجب أن تصف مسارًا لولبيًا حتى تقع في النواة ، وهو ما لم يحدث ، نظرًا لأن الكهربية للذرات مستقرة.

أيضا ، هناك مشكلة أخرى مع نموذج رذرفورد. وفقا لماكسويل ، فإن الإشعاع المنبعث من الإلكترون لديه نفس تردد الحركة. وبالتالي ، نظرًا لأن تواتر حركة الإلكترون يجب أن يتغير باستمرار أثناء انتقاله إلى النواة ، ينبغي للإلكترون أيضًا أن ينبعث باستمرار إشعاعات متغيرة التردد. ومع ذلك ، يجب أن يكون للإشعاعات المنبعثة من ذرة ترددات ذات قيم معينة فقط ، على عكس الإشعاع الحراري المنبعث من الجسم ، الذي له طيف مستمر.

بسبب هذه التناقضات ، طور نيلز بور نظرية جديدة تعتمد على الأفكار الكمومية. استنتج بوهر أنه لكي يكون الغلاف الكهربي للذرة مستقراً ، يجب أن تحمل إلكترونات تلك الذرة مستويات معينة من الطاقة ، تسمى الدول ثابتة أو كمية، كل واحد منهم يقابل طاقة معينة. افترض أن الذرة في حالة مستقرة لا تصدر أي إشعاع ، لذلك بقي الغلاف الكهربي ثابتًا.

أكد غوستاف هيرتز وجيمس فرانك في العام التالي وجود دول مستقرة. الحالة المستقرة ، التي تكون إلكتروناتها عند أدنى مستويات الطاقة ، تسمى حالة الأرض. وتسمى الدول الأخرى المسموح بها متحمس الدول. هذا يعني أنه لا يُسمح إلا بالدولة المطلقة والحالات الأخرى المثيرة - أي دول أخرى محظورة.

بالنظر إلى الحالة الخاصة للهيدروجين ، والذي يتكون من إلكترون واحد فقط ، يمكن الحصول على مستويات الطاقة بالتعبير التالي:

أين رقم الكم الرئيسي يرمز له بالحرف n (= 1 ، 2 ، 3 ...) و Eن هي الطاقة المقابلة لكل رقم الكم.

الأهم من ذلك ، ن = 1 يتوافق مع الحالة الأساسية للطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قيم الطاقة سالبة ، مما يعني أن الإلكترون يجب أن يستقبل الطاقة للوصول إلى المستوى ، إما الفشل في التفاعل مع النواة في ذلك الوقت ، أو فقدان ارتباطه مع الذرة.

افترض بوهر أيضًا أن كل ذرة ، تنتقل من حالة مستقرة إلى أخرى ، تنبعث أو تمتص كمية من الطاقة تساوي تمامًا الفرق بين الطاقات المقابلة لتلك الحالات. لا يمكن تفسير هذه النتيجة بالنظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية ، حيث إن تردد الإشعاعات المنبعثة يرتبط وفقًا لتردد حركة الإلكترون. نعلم اليوم أن هذا غير صحيح ، لأن تواتر الإشعاع المنبعث يرتبط فقط بفرق الطاقة بين الحالة الأولية والنهائية.

وفقًا لبهر ، تصف الإلكترونات مسارات دائرية حول نواة موجبة بسبب قوة الجذب التي تقدمها قانون كولوم وهو في هذه الحالة هو قوة الحركة المركزية. يمكن أن يفترض نصف قطر هذه المسارات فقط بعض القيم المحددة جيدًا. بالنسبة للهيدروجين ، على سبيل المثال ، يتم إعطاء القيم المسموح بها للأشعة من خلال التعبير التالي:

حيث:

n = رقم الكم (ن = 1 ، 2 ، 3 ...) ؛

صن = نصف قطر المدار المقابل لعدد الكم n ؛

ص1 = نصف القطر المقابل لحالة الطاقة الأرضية ، المعطى بواسطة:

حيث:

ع = ثابت بلانك (ع = 6.63 × 10)-34ياء) ؛

K = ثابت الفراغ الكهربائي (K = 9x109 Nm² / C²) ؛

Z = العدد الذري للعنصر الكيميائي ؛

e = شحنة الإلكترون (K = 1.6x10-19 C)؛

م = كتلة الإلكترون (ه = 9.1 x10)-31 كلغ).

فيديو: نموذج بور (أغسطس 2020).