Физика

Атомски модел Бор


Атомот секогаш се проучувал преку модели предложени од научници. Секој модел донесе хипотези засновани врз теоретски формулации и експериментални резултати добиени од нивните соодветни автори, останувајќи валидни сè додека не се појават недостатоци во објаснувањето на феномените. Доколку е така, истражувачите треба да предложат нови модели или прилагодувања кон веќе развиените теории.

Во 1911 година, Ернест Радерфорд предложи модел кој го опишува атомот како планетарен систем во кој имало позитивно наелектризирано централно јадро и орбитални електрони околу него. Иако е важен, моделот на Радерфорд не објасни правилно некои феномени. Според теоријата на Максвел, секое забрзано полнење треба да испушти електромагнетно зрачење, губејќи енергија. Бидејќи електронот на атомот Радерфорд опишал кружна орбита и со тоа имал центрипетално забрзување, треба да емитира зрачење трајно, намалувајќи го нивото на енергија. Така, треба да опише спирална патека сè додека не падне во јадрото, што не се случило, бидејќи електросферите на атомите се стабилни.

Исто така, постои уште еден проблем со моделот на Радерфорд. Според Максвел, зрачењето испуштено од електронот има иста фреквенција на движење. Така, бидејќи фреквенцијата на движење на електрони треба да варира постојано бидејќи патува кон јадрото, електронот исто така треба континуирано да емитира зрачење со различна фреквенција. Сепак, зрачењето што се испушта од атом треба да има само фреквенции на одредени вредности, за разлика од термичкото зрачење кое го испушта тело, кое има континуиран спектар.

Поради овие недоследности, Нилс Бор разви нова теорија заснована на квантни идеи. Бор заклучил дека за да биде стабилна електросферата на атомот, електроните на тој атом мора да претпостават одредени нивоа на енергија, стабилни состојби или квантен, секој од нив одговара на одредена енергија. Тој тврди дека во стабилна состојба атомот не испуштал зрачење, така што нејзината електросфера останала стабилна.

Густав Херц и Jamesејмс Франк следната година го потврдија постоењето на стабилни состојби. Стабилната состојба, чии електрони се на најниско ниво на енергија, се нарекува земјата состојба; се нарекуваат другите дозволени држави возбудени држави. Ова значи дека е дозволена само земјата и другите возбудени држави - забранети се други држави.

Со оглед на конкретниот случај на водород, кој се состои од само еден електрон, нивото на енергија може да се добие со изразот подолу:

Каде што главен квантен број е симболизирана со буквата n (= 1, 2, 3…) и Ене е енергија што одговара на секој квантен број.

Уште поважно, n = 1 одговара на приземната состојба на енергија. Покрај тоа, енергетските вредности се негативни, што значи дека електронот мора да добие енергија за да го достигне нивото, или да престане да комуницира со јадрото во тоа време, или да ја изгуби врската со атомот.

Бор исто така претпоставува дека секој атом, движејќи се од една стабилна состојба во друга, испушта или апсорбира квантната енергија точно еднаква на разликата помеѓу енергиите што одговараат на тие состојби. Овој резултат не може да се објасни со класична електромагнетна теорија, бидејќи според него, фреквенцијата на емитирано зрачење е поврзано со зачестеноста на движењето на електроните. Денес знаеме дека тоа не е точно, бидејќи фреквенцијата на емитирано зрачење се однесува само на енергетската разлика помеѓу почетната и крајната состојба.

Според Бор, електроните опишуваат кружни патеки околу позитивно јадро поради силата на привлечност дадена од Куломскиот закон што во овој случај е центрипетална сила на движење. Радиусите на овие траектории можат да претпоставуваат само одредени утврдени вредности. На пример, водородот, дозволените вредности за зраците се дадени со изразот подолу:

Каде:

n = квантен број (n = 1, 2, 3…);

рне = радиус на орбитата што одговара на квантен број n;

р1 = радиус што одговара на состојбата на копнената енергија, дадена од:

Каде:

h = Константа на планк (h = 6.63x10-34Ј);

K = електростатички вакуум постојан (K = 9x10)9 Nm² / C²);

Z = атомски број на хемискиот елемент;

e = полнење на електрони (K = 1.6x10-19 В);

m = електронска маса (e = 9,1 x10-31 кг).