النموذج الذري لخصائص بوهر ، المسلمات ، القيود

ال نموذج بوهر الذري هو تمثيل للذرة التي اقترحها الفيزيائي الدنماركي نيل بور (1885-1962). يوضح النموذج أن الإلكترون يتحرك في مدارات على مسافة ثابتة حول النواة الذرية ، ويصف حركة دائرية موحدة. المدارات - أو مستويات الطاقة ، كما أسماها - ذات طاقة مختلفة.

في كل مرة يتغير فيها الإلكترون مداره ، فإنه يصدر أو يمتص الطاقة بكميات ثابتة تسمى "كوانتا". أوضح بور طيف الضوء المنبعث (أو الممتص) بواسطة ذرة الهيدروجين. عندما ينتقل الإلكترون من مدار إلى آخر نحو النواة ، يكون هناك فقد للطاقة وينبعث الضوء ، مع الطول الموجي وخصائص الطاقة.

قام بوهر بترقيم مستويات الطاقة للإلكترون ، مع الأخذ في الاعتبار أنه كلما اقترب الإلكترون من النواة ، انخفضت حالة الطاقة فيه. وبهذه الطريقة ، كلما كان الإلكترون بعيدًا عن النواة ، كلما ارتفع عدد مستوى الطاقة وبالتالي ستكون حالة الطاقة أعلى.

مؤشر

• 1 الخصائص الرئيسية
  • 1.1 يعتمد على نماذج ونظريات أخرى في ذلك الوقت
  • 1.2 الأدلة التجريبية
  • 1.3 الإلكترونات موجودة في مستويات الطاقة
  • 1.4 بدون طاقة لا توجد حركة للإلكترون
  • 1.5 عدد الإلكترونات في كل طبقة
  • 1.6 تدور الإلكترونات في مدارات دائرية دون إشعاع الطاقة
  • 1.7 المدارات المسموح بها
  • 1.8 الطاقة المنبعثة أو الممتصة في القفزات
• 2 المسلمات من نموذج بوهر الذري
  • 2.1 الافتراض الأول
  • 2.2 الافتراض الثاني
  • 2.3 الافتراض الثالث
• رسم بياني لمستويات الطاقة لذرات الهيدروجين
• 4 القيود الرئيسية 3 من نموذج بور
• 5 مواد ذات أهمية
• 6 المراجع

الخصائص الرئيسية

خصائص نموذج بوهر مهمة لأنها تحدد المسار نحو تطوير نموذج ذري أكثر اكتمالا. أهمها هي:

يعتمد على نماذج ونظريات أخرى في ذلك الوقت

كان نموذج بوهر أول من أدمج نظرية الكم بدعم من نموذج رذرفورد الذري وأفكاره المأخوذة من التأثير الكهروضوئي لألبرت أينشتاين. في الواقع كان أينشتاين وبوهر صديقين.

الأدلة التجريبية

وفقًا لهذا النموذج ، تمتص الذرات الإشعاع أو تنبعث منه فقط عندما تقفز الإلكترونات بين المدارات المسموح بها. حصل الفيزيائيان الألمان جيمس فرانك وجوستاف هيرتز على أدلة تجريبية على هذه الحالات في عام 1914.

توجد الإلكترونات في مستويات الطاقة

تحيط الإلكترونات بالنواة وتوجد عند مستويات معينة من الطاقة ، وهي منفصلة ومن الموصوفة بأعداد الكم.

توجد قيمة الطاقة لهذه المستويات كدالة لعدد n ، تسمى رقم الكم الرئيسي ، والتي يمكن حسابها مع المعادلات التي سيتم تفصيلها لاحقًا.

بدون طاقة لا توجد حركة للإلكترون

يوضح الرسم التوضيحي أعلاه إلكترونًا يقفز بالكم.

وفقًا لهذا النموذج ، بدون طاقة لا توجد حركة للإلكترون من مستوى إلى آخر ، تمامًا كما هو الحال مع الطاقة ، لا يمكن رفع كائن سقط أو فصل مغناطيسين.

اقترح بوهر الكم كطاقة مطلوبة للإلكترون لتمريرها من مستوى إلى آخر. وذكر أيضًا أن أدنى مستوى للطاقة يشغله الإلكترون يسمى "الحالة الأرضية". "الحالة المثارة" هي حالة غير مستقرة أكثر ، ناتجة عن مرور الإلكترون إلى مدارات طاقة أعلى. 

عدد الإلكترونات في كل طبقة

يتم حساب الإلكترونات التي تناسب كل طبقة مع 2n² 

تحتوي العناصر الكيميائية التي تشكل جزءًا من الجدول الدوري والتي توجد في نفس العمود على الإلكترونات نفسها في الطبقة الأخيرة. سيكون عدد الإلكترونات في الطبقات الأربع الأولى 2 و 8 و 18 و 32.

تدور الإلكترونات في مدارات دائرية دون إشعاع الطاقة

وفقًا لملف بوهر الأول ، تصف الإلكترونات المدارات الدائرية حول نواة الذرة دون إشعاع الطاقة.

المدارات المسموح بها

وفقًا لملف بوهر الثاني ، فإن المدارات الوحيدة المسموح بها للإلكترون هي تلك التي يكون الزخم الزاوي L للإلكترون فيها عددًا صحيحًا مضاعفًا لثابت بلانك. يتم التعبير عنه رياضيا مثل هذا:

الطاقة المنبعثة أو الممتصة في القفزات

وفقًا للمقال الثالث ، فإن الإلكترونات ستصدر أو تمتص الطاقة في القفزات من مدار إلى آخر. في قفزة المدار ، ينبعث أو يمتص الفوتون ، ويتم تمثيل طاقته رياضيا:

مسلمات نموذج بوهر الذري

أعطى بوهر استمرارية لنموذج الكواكب للذرة ، والتي تدور حولها الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة ، وكذلك الكواكب حول الشمس.

ومع ذلك ، فإن هذا النموذج يتحدى واحدة من مسلمات الفيزياء الكلاسيكية. وفقًا لهذا ، فإن الجسيمات ذات الشحنة الكهربائية (مثل الإلكترون) التي تتحرك في مسار دائري ، يجب أن تفقد الطاقة باستمرار عن طريق إشعاع الإشعاع الكهرومغناطيسي. عند فقدان الطاقة ، يجب أن يتبع الإلكترون دوامة حتى يسقط في النواة.

ثم افترض بوهر أن قوانين الفيزياء الكلاسيكية لم تكن الأكثر ملاءمة لوصف الثبات الملاحظ في الذرات ، وقدم الافتراضات الثلاثة التالية:

الافتراض الأول

يدور الإلكترون حول النواة في مدارات دائرية ، دون إشعاع الطاقة. في هذه المدارات ، يكون الزخم الزاوي المداري ثابتًا.

بالنسبة لإلكترونات الذرة ، لا يُسمح إلا بمدارات من أنصاف أقطار معينة ، بما يتوافق مع مستويات طاقة محددة محددة.

الافتراض الثاني

ليست كل المدارات ممكنة. ولكن بمجرد أن يكون الإلكترون في مدار مسموح به ، فإنه في حالة طاقة محددة وثابتة ولا ينبعث منها طاقة (مدار طاقة ثابتة).

على سبيل المثال ، في ذرة الهيدروجين ، يتم إعطاء الطاقات المسموح بها للإلكترون بالمعادلة التالية:

تعد طاقات الإلكترون لذرة الهيدروجين الناتجة من المعادلة أعلاه سالبة لكل من قيم n. مع زيادة n ، تكون الطاقة أقل سلبية وبالتالي تزداد.

عندما يكون n كبيرًا بدرجة كافية - على سبيل المثال ، تكون n = ∞-الطاقة صفرية وتمثل أن الإلكترون قد تم إطلاقه والذرة المؤينة. إن حالة الطاقة الصفرية هذه تحتوي على طاقة أكبر من الدول ذات الطاقات السلبية.

الافتراض الثالث

يمكن أن يتغير الإلكترون من مدار طاقة ثابت إلى آخر عن طريق إصدار الطاقة أو امتصاصها.

الطاقة المنبعثة أو الممتصة ستكون مساوية لفرق الطاقة بين الدولتين. هذه الطاقة E تكون في شكل فوتون وتعطى بالمعادلة التالية:

ه = ح ν

في هذه المعادلة E هي الطاقة (الممتصة أو المنبعثة) ، h هي ثابت بلانك (قيمته 6.63 × 10^-34 joule-seconds [J-s]) و ν هو تردد الضوء ، وحدته 1 / s.

رسم بياني لمستويات الطاقة لذرات الهيدروجين

كان نموذج بوهر قادرًا على شرح طيف ذرة الهيدروجين بصورة مرضية. على سبيل المثال ، في مدى الأطوال الموجية للضوء المرئي ، يكون طيف الانبعاث لذرة الهيدروجين كما يلي:

دعونا نرى كيف يمكنك حساب وتيرة بعض أشرطة الضوء المرصودة ؛ على سبيل المثال ، اللون الأحمر.

باستخدام المعادلة الأولى واستبدال n لـ 2 و 3 ، تحصل على النتائج التي تظهر في الرسم التخطيطي.

هذا هو:

ل n = 2 ، E₂ = -5.45 × 10^-19 J

ل n = 3 ، E₃ = -2.42 × 10^-19 J

من الممكن بعد ذلك حساب فرق الطاقة للمستويين:

=E = E₃ - E₂ = (-2.42 - (- 5،45)) × 10 ^{- 19} = 3.43 × 10 ^{- 19} J

وفقًا للمعادلة الموضحة في الافتراض الثالث ΔE = h ν. بعد ذلك ، يمكنك حساب ν (تردد الضوء):

ν = ΔE / h

هذا هو:

3.4 = 3.43 × 10^-19 J / 6.63 × 10^-34 J-ق

ν = 4.56 × 10¹⁴ الصورة^-1 أو 4.56 × 10¹⁴ هرتز

يجري λ = ج / ν ، وسرعة الضوء ج = 3 × 10 ⁸ m / s ، يُعطى طول الموجة بواسطة:

λ = 6565 × 10 ^{- 7} م (656.5 نانومتر)

هذه هي قيمة الطول الموجي للفرقة الحمراء الملاحظة في طيف خطوط الهيدروجين.

القيود الرئيسية 3 من نموذج بور

1- يتكيف مع طيف ذرة الهيدروجين ولكن ليس مع أطياف الذرات الأخرى.

2- لا يتم تمثيل الخواص المتموجة للإلكترون في وصف هذا كجسيم صغير يدور حول النواة الذرية.

3- فشل بوهر في توضيح سبب عدم تطبيق الكهرومغناطيسية الكلاسيكية على نموذجه. وهذا هو السبب في أن الإلكترونات لا تصدر إشعاعات كهرومغناطيسية عندما تكون في مدار ثابت.

المواد المثيرة للاهتمام

النموذج الذري لشرودنجر.

النموذج الذري لبرولي.

النموذج الذري لتشادويك.

النموذج الذري لهيسنبرغ.

النموذج الذري لبيرين.

النموذج الذري لطومسون.

النموذج الذري لدالتون.

النموذج الذري لديراك الأردن.

النموذج الذري للديموقريطس.

مراجع

1. Brown، T. L. (2008). الكيمياء: العلوم المركزية. Upper Saddle River، NJ: Pearson Prentice Hall
2. إيسبرغ ، ر. ، وريسنيك ، ر. (2009). فيزياء الكم من الذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والجزيئات. نيويورك: وايلي
3. النموذج الذري لبور سومرفيلد. تم الاسترجاع من: fisquiweb.es
4. Joesten، M. (1991). عالم الكيمياء Philadelphia، Pa.: Saunders College Publishing، pp.76-78.
5. Modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène. تم الاسترجاع من fr.khanacademy.org
6. Izlar، K. Retrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. تم الاسترجاع من: home.cern