АТОМЕН МОДЕЛ НА БОР: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОСТУЛАТИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В Бор атомен модел е представяне на атома, предложен от датски физика Neils Бор (1885-1962). Моделът установява, че електронът се движи по орбита на фиксирано разстояние около атомното ядро, описвайки равномерно кръгово движение. Орбитите - или енергийните нива, както ги нарече - са с различна енергия.

Всеки път, когато електронът промени своята орбита, той излъчва или абсорбира енергия във фиксирани количества, наречени "кванти". Бор обясни спектъра на светлината, излъчвана (или абсорбирана) от водородния атом. Когато електрон се движи от една орбита към друга към ядрото, има загуба на енергия и се излъчва светлина с характерна дължина на вълната и енергия.

Източник: wikimedia.org. Автор: Sharon Bewick, Adrignola Илюстрация на атомния модел на Бор. Протон, орбита и електрон.

Бор номерира енергийните нива на електрона, като се има предвид, че колкото по-близо е електронът до ядрото, толкова по-ниско е енергийното му състояние. По този начин, колкото по-далеч е електронът от ядрото, толкова по-голямо е енергийното ниво и следователно енергийното състояние ще бъде по-голямо.

Основните функции

Характеристиките на модела на Бор са важни, защото те определят пътя към развитието на по-цялостен атомен модел. Основните от тях са:

Поддържа се от други модели и теории на времето

Моделът на Бор е първият, който включва квантовата теория, базирана на атомния модел на Ръдърфорд и на идеи, взети от фотоелектричния ефект на Алберт Айнщайн. Всъщност Айнщайн и Бор бяха приятели.

Експериментални доказателства

Според този модел атомите поглъщат или излъчват лъчение само когато електрони прескачат между разрешените орбити. Германските физици Джеймс Франк и Густав Херц са получили експериментални доказателства за тези състояния през 1914 г.

Електроните съществуват в енергийните нива

Електроните обграждат ядрото и съществуват при определени енергийни нива, които са дискретни и са описани в квантови числа.

Стойността на енергията на тези нива съществува като функция на число n, наречено главно квантово число, което може да бъде изчислено с уравнения, които ще бъдат подробно описани по-късно.

Без енергия няма движение на електрона

Източник: wikimedia.org. Автор: Курзон

Горната илюстрация показва електроните, които правят квантови скокове.

Според този модел, без енергия няма движение на електрона от едно ниво на друго, също както без енергия не е възможно да се вдигне паднал предмет или да се отделят два магнита.

Бор предложи квантът като енергия, необходима на един електрон да премине от едно ниво на друго. Той също така установи, че най-ниското ниво на енергия, което заема един електрон, се нарича „основно състояние“. „Възбуденото състояние“ е по-нестабилно състояние, резултат от преминаването на електрон към орбитала с по-висока енергия.

Брой електрони във всяка обвивка

Електроните, които се поберат във всяка обвивка, се изчисляват с 2n ²

Химическите елементи, които са част от периодичната таблица и които са в една и съща колона, имат същите електрони в последната обвивка. Броят на елекроните в първите четири слоя би бил 2, 8, 18 и 32.

Електроните се въртят в кръгови орбити, без да излъчват енергия

Според първия постулат на Бор електроните описват кръгови орбити около ядрото на атома, без да излъчват енергия.

Разрешени са орбитите

Според Втория постулат на Бор, единствените орбити, разрешени за електрон, са тези, за които ъгловият импулс L на електрона е цяло число, кратно на константата на Планк. Математически това се изразява така:

Енергия, излъчвана или абсорбирана в скокове

Според Третия постулат електроните биха излъчвали или абсорбирали енергия при скокове от една орбита на друга. При скока на орбитата се излъчва или абсорбира фотон, чиято енергия е представена математически:

Атомният модел на Бор постулира

Бор продължи планетарен модел на атома, според който електроните се въртят около положително заредено ядро, точно както планетите около Слънцето.

Този модел обаче поставя под въпрос един от постулатите на класическата физика. Според това частица с електрически заряд (като електрона), която се движи по кръгова пътека, трябва непрекъснато да губи енергия чрез излъчване на електромагнитно излъчване. Когато губи енергия, електронът трябва да следва спирала, докато не попадне в ядрото.

Тогава Бор предположи, че законите на класическата физика не са най-подходящи за описване на наблюдаваната стабилност на атомите и изложи следните три постулата:

Първи постулат

Електронът обикаля ядрото в орбити, които теглят кръгове, без да излъчват енергия. В тези орбити орбиталната ъглова инерция е постоянна.

За електроните на един атом са разрешени само орбитите на определени радиуси, съответстващи на определени определени енергийни нива.

Втори постулат

Не всички орбити са възможни. Но след като електронът е в орбита, която е разрешена, той е в състояние на специфична и постоянна енергия и не излъчва енергия (стационарна енергийна орбита).

Например, във водородния атом енергиите, разрешени за електрона, са дадени от следното уравнение:

В това уравнение стойността -2.18 х ^10-18 е константата на Ридберг за водородния атом и n = квантово число може да приеме стойности от 1 до ∞.

Енергиите на електрон на водороден атом, генерирани от предишното уравнение, са отрицателни за всяка от стойностите на n. С увеличаването на n енергията е по-малко отрицателна и следователно се увеличава.

Когато n е достатъчно голям - например n = ∞ - енергията е нула и представлява, че електронът се е освободил и атомът йонизира. Това нулево енергийно състояние носи по-висока енергия от отрицателната енергия.

Трети постулат

Електрон може да се променя от една неподвижна орбита на енергия чрез друга чрез излъчване или абсорбиране на енергия.

Енергията, излъчвана или погълната, ще бъде равна на разликата в енергията между двете състояния. Тази енергия Е е под формата на фотон и се дава от следното уравнение:

E = h ν

В това уравнение Е е енергията (погълната или излъчена), h е константата на Планк (стойността му е 6,63 х 10 ^-34 джаул-секунди) и ν е честотата на светлината, чиято единица е 1 / s,

Диаграма на енергийно ниво за водородни атоми

Моделът на Бор успя да обясни задоволително спектъра на водородния атом. Например, в обхвата на дължината на вълната на видимата светлина, емисионният спектър на водородния атом е както следва:

Нека да видим как може да се изчисли честотата на някои от наблюдаваните светлинни ленти; например, червеният цвят.

Използвайки първото уравнение и замествайки 2 и 3 за n, се получават резултатите, показани на диаграмата.

Това означава:

За п = 2, Е ₂ = -5.45 х 10 ^-19 J

За п = 3, Е ₃ = -2.42 х 10 ^-19 J

След това е възможно да се изчисли енергийната разлика за двете нива:

ΔE = E ₃ - E ₂ = (-2.42 - (- 5.45)) x 10 ^{- 19} = 3.43 x 10 ^{- 19} J

Според уравнението, обяснено в третия постулат ΔE = h ν. Така че можете да изчислите ν (честота на светлината):

ν = ΔE / h

Това означава:

ν = 3.43 x 10 ^–19 J / 6.63 x 10 ^-34 Js

ν = 4,56 x 10 ¹⁴ s ^-1 или 4,56 x 10 ¹⁴ Hz

Тъй като λ = c / ν и скоростта на светлината c = 3 x 10 ⁸ m / s, дължината на вълната се определя от:

λ = 6.565 x 10 ^{- 7} m (656.5 nm)

Това е стойността на дължината на вълната на наблюдаваната червена лента във водородния спектър.

3 основни ограничения на модела Bohr

1- Той се адаптира към спектъра на водородния атом, но не и към спектрите на други атоми.

2- Вълновите свойства на електрона не са представени в описанието му като малка частица, която се върти около атомното ядро.

3- Бор не може да обясни защо класическият електромагнетизъм не важи за неговия модел. Тоест защо електроните не излъчват електромагнитно излъчване, когато са в неподвижна орбита.

Предмети за интерес

Атомен модел на Шрьодингер.

Атомен модел на Де Бройл.

Атомен модел на Чадуик.

Атомен модел на Хайзенберг.

Атомен модел на Перин.

Атомен модел на Томсън.

Атомен модел на Далтън.

Атомен модел Dirac Jordan.

Атомен модел на Демокрит.

Атомен модел на Сомерфелд.

Препратки

1. Браун, TL (2008). Химия: централната наука. Река Горно седло, Ню Джърси: Зала Pearson Prentice
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Квантова физика на атоми, молекули, твърди частици, ядра и частици. Ню Йорк: Уайли
3. Атомен модел на Бор-Сомерфелд. Възстановено от: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Светът на химията. Филаделфия, Pa.: Издателство на Saunders College, стр.76-78.
5. Модел на Bohr de l'atome d'hydrogène. Възстановено от fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Възстановени от: home.cern