Fysik

Bohr Atomic Model


Atomen har alltid studerats genom modeller som föreslagits av forskare. Varje modell kom med hypoteser baserade på teoretiska formuleringar och experimentella resultat erhållna av deras respektive författare, förbli giltiga tills den presenterade brister i förklaringen av fenomenen. I så fall bör forskare föreslå nya modeller eller anpassningar till de teorier som redan har utvecklats.

År 1911 föreslog Ernest Rutherford en modell som beskrev atomen som ett planetsystem där det fanns en positivt laddad central kärna och kretsande elektroner runt den. Även om det var viktigt förklarade Rutherfords modell inte korrekt några fenomen. Enligt Maxwells teori ska varje accelererad laddning avge elektromagnetisk strålning och förlora energi. Eftersom en elektron från Rutherford-atomen beskrev en cirkulär bana och därmed hade centripetalacceleration, borde den avge strålning permanent och minska dess energinivå. Således bör den beskriva en spiralväg tills den faller in i kärnan, vilket inte inträffade, eftersom elektrosfärerna i atomerna är stabila.

Det finns också ett annat problem med Rutherfords modell. Enligt Maxwell har strålningen som avges av elektronen samma rörelsefrekvens. Eftersom frekvensen för elektronrörelse bör variera kontinuerligt när den rör sig till kärnan, bör elektronen också kontinuerligt avge strålning med varierande frekvens. Strålning som emitteras av en atom bör emellertid endast ha frekvenser med vissa värden, till skillnad från termisk strålning som avges av en kropp, som har ett kontinuerligt spektrum.

På grund av dessa inkonsekvenser utvecklade Niels Bohr en ny teori baserad på kvantidéer. Bohr slog sig till att för att en atoms elektrosfär ska vara stabil, måste elektronerna från atomen anta vissa energinivåer, kallad stadiga stater eller quantum, var och en av dem motsvarar en viss energi. Han antydde att atomen i ett stabilt tillstånd emitterade ingen strålning, så att dess elektrosfär förblev stabil.

Gustav Hertz och James Franck året efter bekräftade förekomsten av stadiga stater. Stabil tillstånd, vars elektroner är på de lägsta energinivåerna, kallas marktillstånd; de andra tillåtna staterna kallas upphetsade tillstånd. Detta innebär att endast markstaten och de andra upphetsade staterna är tillåtna - alla andra stater är förbjudna.

Med tanke på det speciella fallet med väte, som endast består av en elektron, kan energinivåerna erhållas genom uttrycket nedan:

Där huvudkvantantal symboliseras med bokstaven n (= 1, 2, 3 ...) och En är den energi som motsvarar varje kvantantal.

Det är viktigt att n = 1 motsvarar energitillståndet. Dessutom är energivärdena negativa, vilket innebär att elektronen måste ta emot energi för att nå nivån, antingen upphör att interagera med kärnan vid den tiden eller förlora sin bindning med atomen.

Bohr postulerade också att varje atom, som rör sig från ett stabilt tillstånd till ett annat, avger eller absorberar ett kvantitet av energi exakt lika med skillnaden mellan energierna som motsvarar dessa tillstånd. Detta resultat kan inte förklaras med klassisk elektromagnetisk teori, eftersom frekvensen för utsänd strålning enligt den är relaterad till frekvensen för elektronrörelse. Idag vet vi att detta inte är korrekt, eftersom frekvensen för utsänd strålning endast hänför sig till energiförskjellen mellan de initiala och slutliga tillstånden.

Enligt Bohr beskriver elektroner cirkulära banor runt en positiv kärna på grund av den attraktionskraft som ges av Coulombs lag vilket i detta fall är den centripetala rörelsekraften. Radierna för dessa banor kan endast anta vissa välbestämda värden. För väte, till exempel, ges de tillåtna värdena för strålarna med uttrycket nedan:

där:

n = kvantantal (n = 1, 2, 3 ...);

rn = omloppsradie motsvarande kvantantalet n;

r1 = radie motsvarande markenergitillståndet, ges av:

där:

h = Planckkonstant (h = 6,63x10-34Js);

K = elektrostatisk vakuumkonstant (K = 9x109 Nm ^ / C ^);

Z = atomnummer för det kemiska elementet;

e = elektronladdning (K = 1,6x10-19 C);

m = elektronmassa (e = 9,1 x 10-31 kg).


Video: Class 11 chap 2. Atomic Structure 02. Bohr's Atomic ModeL. Most Important For IIT JEE and NEET. (December 2021).