Bohr-ominaispiirteiden atomi-malli, postulaatit, rajoitukset

Bohrin atomimalli on esitys tanskalaisen fyysikon Neils Bohrin (1885-1962) ehdottamasta atomista. Malli kertoo, että elektroni liikkuu kiertoradalla kiinteällä etäisyydellä atomikohdan ympärillä ja kuvaa yhtenäistä pyöreää liikettä. Kiertoradat - tai energiatasot, kuten hän kutsuivat, ovat erilaisia ​​energiaa.

Joka kerta, kun elektroni vaihtaa kiertoradalla, se lähettää tai absorboi energiaa kiinteinä määrinä, joita kutsutaan "kvanta". Bohr selitti vetyatomin lähettämän (tai absorboiman) valon spektrin. Kun elektroni siirtyy yhdestä kiertoradasta toiselle kohti ydintä, energiaa ja valoa häviää aallonpituudella ja energian ominaisuuksilla.

Bohr numeroi elektronin energiatasot, kun otetaan huomioon, että mitä lähempänä elektroni on ytimessä, sitä alhaisempi sen energiatila. Näin kauempana elektroni on ytimestä, sitä korkeampi on energian tason numero ja siten energian tila on suurempi.

indeksi

• 1 Tärkeimmät ominaisuudet
  • 1.1 Se perustuu muihin aikamalleihin ja -teorioihin
  • 1.2 Kokeelliset todisteet
  • 1.3 Elektronit ovat energian tasolla
  • 1.4 Ilman energiaa elektroni ei liiku
  • 1.5 Elektronien lukumäärä kussakin kerroksessa
  • 1.6 Elektronit pyörivät pyöreässä kiertoradassa ilman säteilevää energiaa
  • 1.7 Sallitut kiertoradat
  • 1.8 Hyppyihin päästetty tai absorboitunut energia
• 2 Bohrin atomimallin postulaatit
  • 2.1 Ensimmäinen postulaatti
  • 2.2 Toinen postulaatti
  • 2.3 Kolmas postulaatti
• 3 Kaavio energiatasoista vetyatomien osalta
• 4 Bohrin mallin kolme päärajoitusta
• 5 Kiinnostavat artikkelit
• 6 Viitteet

Tärkeimmät ominaisuudet

Bohr-mallin ominaisuudet ovat tärkeitä, koska ne määrittelivät tien kohti täydellisemmän atomimallin kehittämistä. Tärkeimmät ovat:

Se perustuu muiden aikojen malleihin ja teorioihin

Bohrin malli oli ensimmäinen, joka sisälsi Rutherfordin atomimallin tukeman kvanttiteorian ja Albert Einsteinin valosähköisen vaikutuksen. Itse asiassa Einstein ja Bohr olivat ystäviä.

Kokeelliset todisteet

Tämän mallin mukaan atomit absorboivat tai säteilevät säteilyä vain silloin, kun elektronit hyppäävät sallittujen kiertoradan välillä. Saksalaiset fyysikot James Franck ja Gustav Hertz saivat kokeellisia todisteita näistä tiloista vuonna 1914.

Elektronit ovat energian tasolla

Elektronit ympäröivät ydintä ja esiintyvät tietyillä energian tasoilla, jotka ovat erillisiä ja joita kuvataan kvanttiluvuissa.

Näiden tasojen energia-arvo esiintyy numeron n funktiona, jota kutsutaan pää kvanttilukuksi, joka voidaan laskea yhtälöillä, jotka kuvataan myöhemmin.

Ilman energiaa elektroni ei liiku

Yllä olevassa kuvassa on elektroni, joka tekee kvanttihyppyjä.

Tämän mallin mukaan ilman energiaa ei ole elektronin liikettä yhdeltä tasolta toiselle, aivan kuten ilman energiaa ei ole mahdollista nostaa putoa tai erillistä magneettia erottavaa kohdetta.

Bohr ehdotti kvanttia elektronin tarvitseman energian siirtämiseksi tasosta toiseen. Hän totesi myös, että elektronin alhaisinta energian tasoa kutsutaan "maanalaiseksi tilaksi". "Innotettu tila" on epävakaampi tila, joka johtuu elektronin kulkeutumisesta korkeampaan energiakierrokseen. 

Elektronien lukumäärä kussakin kerroksessa

Jokaisessa kerroksessa olevat elektronit lasketaan 2n: llä² 

Kemiallisilla elementeillä, jotka ovat osa jaksollista taulukkoa ja jotka ovat samassa sarakkeessa, on samat elektronit viimeisessä kerroksessa. Ensimmäisten neljän kerroksen elektronien lukumäärä olisi 2, 8, 18 ja 32.

Elektronit pyörivät pyöreässä kiertoradassa säteilemättä energiaa

Bohrin ensimmäisen postulaatin mukaan elektronit kuvaavat ympyrän kiertorataa atomin ytimen ympärille säteilemättä energiaa.

Orbitit sallitaan

Bohrin toisen postulaatin mukaan elektronin ainoat sallitut kiertoradat ovat ne, joille elektronin kulmamomentti L on Planckin vakion kokonaisluku. Matemaattisesti se ilmaistaan ​​näin:

Hyppyihin päästetty tai absorboitunut energia

Kolmannen postulaatin mukaan elektronit lähettävät tai absorboivat energiaa hyppyistä yhdestä kiertoradasta toiseen. Kiertoradalla hypätään tai absorboituu fotoni, jonka energia on matemaattisesti esitetty:

Bohrin atomimallin postulaatit

Bohr antoi jatkuvuuden atomin planeettamallille, jonka mukaan elektronit kääntyivät positiivisesti varautuneen ytimen ympärille, samoin kuin planeetat ympäri Sunia.

Tämä malli haastaa kuitenkin yhden klassisen fysiikan postulaatista. Tämän mukaan sähköisen varauksen omaavan partikkelin (kuten elektronin), joka liikkuu pyöreällä polulla, tulisi menettää energiaa jatkuvasti sähkömagneettisen säteilyn emissiolla. Kun menettää energiaa, elektronin olisi seurattava kierreä kunnes se putoaa ytimeen.

Bohr oletti sitten, että klassisen fysiikan lait eivät olleet sopivimpia kuvaamaan atomien havaittua vakautta, ja hän esitti seuraavat kolme postulaattia:

Ensimmäinen postulaatti

Elektroni pyörii ympyrän kiertävien kiertoradan ytimen ympärille ilman säteilyä. Näissä kiertoradoilla kiertorata on vakio.

Atomin elektronien osalta sallitaan vain tiettyjen säteiden kiertoradat, jotka vastaavat tiettyjä määriteltyjä energiamääriä.

Toinen postulaatti

Kaikki kiertoradat eivät ole mahdollisia. Mutta kun elektroni on kiertoradalla, joka on sallittu, se on tietyn ja jatkuvan energian tilassa eikä se tuota energiaa (kiinteä energian kiertorata).

Esimerkiksi vetyatomissa elektronin sallitut energiat annetaan seuraavalla yhtälöllä:

Edellä olevasta yhtälöstä muodostuvat vetyatomin elektronienergiat ovat negatiivisia kullekin n: n arvolle. Kun n kasvaa, energia on vähemmän negatiivinen ja sen vuoksi se kasvaa.

Kun n on tarpeeksi suuri, esimerkiksi n = ∞-energia on nolla ja edustaa sitä, että elektroni on vapautettu ja ionisoitu atomi. Tämä nollaenergian tila sisältää suuremman energian kuin valtiot, joilla on negatiivisia energioita.

Kolmas postulaatti

Elektroni voi vaihtaa kiinteästä energian kiertoradasta toiseen emittoimalla tai absorboimalla energiaa.

Emittoitu tai absorboitunut energia on yhtä suuri kuin näiden kahden valtion välinen energiaero. Tämä energia E on fotonin muodossa ja se on annettu seuraavalla yhtälöllä:

E = h ν

Tässä yhtälössä E on energia (absorboitu tai emittoitu), h on Planckin vakio (sen arvo on 6,63 x 10^-34 joule-sekuntia [J-s]) ja ν on valon taajuus, jonka yksikkö on 1 / s.

Kaavio energiatasoista vetyatomien osalta

Bohr-malli selitti vetyatomin spektrin tyydyttävästi. Esimerkiksi näkyvän valon aallonpituuksien alueella vetyatomin emissiospektri on seuraava:

Katsotaanpa, miten voit laskea joidenkin havaittujen valokaistojen taajuuden; esimerkiksi punainen väri.

Käyttämällä ensimmäistä yhtälöä ja korvaamalla n 2: lla ja 3: lla saat tulokset, jotka näkyvät kaaviossa.

Se on:

N = 2, E₂ = -5,45 x 10^-19 J

N = 3, E₃ = -2,42 x 10^-19 J

Sitten on mahdollista laskea energian ero kahdelle tasolle:

AE = E₃ - E₂ = (-2,42 - (- 5,45)) x 10 ^{- 19} = 3,43 x 10 ^{- 19} J

Kolmannessa postulaatissa selostetun yhtälön ΔE = h ν mukaan. Sitten voit laskea ν (valon taajuus):

ν = ΔE / h

Se on:

ν = 3,43 x 10^-19 J / 6,63 x 10^-34 J-s

ν = 4,56 x 10¹⁴ s^-1 tai 4,56 x 10¹⁴ Hz

Koska λ = c / ν ja valon nopeus c = 3 x 10 ⁸ m / s, aallonpituus on:

λ = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Tämä on vedyn viivojen spektrissä havaitun punaisen nauhan aallonpituuden arvo.

Bohrin mallin kolme päärajoitusta

1- Se sopeutuu vetyatomin spektriin, mutta ei muiden atomien spektreihin.

2- Elektronin undulatoivia ominaisuuksia ei ole esitetty tämän kuvauksen pienenä hiukkasena, joka pyörii atomin ytimen ympäri.

3- Bohr ei selitä, miksi klassinen sähkömagneettisuus ei koske hänen malliaan. Eli miksi elektronit eivät säteile sähkömagneettista säteilyä, kun ne ovat kiinteässä kiertoradassa.

Kiinnostavat artikkelit

Schrödingerin atomimalli.

Broglie-atomin atomi-malli.

Chadwickin atomi-malli.

Heisenbergin atomi-malli.

Perrinin atomi-malli.

Thomsonin atomimalli.

Daltonin atomimalli.

Dirac Jordanin atomimalli.

Demokraatin atomi-malli.

viittaukset

1. Brown, T. L. (2008). Kemia: keskeinen tiede. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Atomien, molekyylien, kiinteiden aineiden, ytimien ja hiukkasten kvanttifysiikka. New York: Wiley
3. Bohr-Sommerfeldin atomi-malli. Haettu osoitteesta: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Kemian maailma Philadelphia, Pa.: Saunders College Publishing, s. 76-78.
5. Modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène. Haettu osoitteesta fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Retrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Haettu osoitteesta: home.cern