BOHRS ATOMODELL: EGENSKAPER OCH POSTULATER - FYSISK - 2025

Den Bohr atommodell är en representation av atomen som föreslagits av den danska fysikern Neils Bohr (1885-1962). Modellen konstaterar att elektronen rör sig i banor på ett fast avstånd runt atomkärnan och beskriver en enhetlig cirkulär rörelse. Banorna - eller energinivåerna, som han kallade dem - har olika energi.

Varje gång elektronen ändrar sin bana avger eller absorberar den energi i fasta mängder som kallas "quanta". Bohr förklarade spektrumet av ljus som avges (eller absorberas) av väteatomen. När en elektron rör sig från en bana till en annan mot kärnan är det en förlust av energi och ljus släpps ut, med karakteristisk våglängd och energi.

Källa: wikimedia.org. Författare: Sharon Bewick, Adrignola. Illustration av Bohrs atomodell. Proton, omloppsbana och elektron.

Bohr numrerade energinivåerna för elektronen, med tanke på att ju närmare elektronen är kärnan, desto lägre är energitillståndet. Så längre bort elektrononen är från kärnan kommer antalet energinivå att vara större och därför kommer energitillståndet att vara större.

Huvuddrag

Bohr-modellfunktionerna är viktiga eftersom de bestämde vägen till utvecklingen av en mer komplett atommodell. De viktigaste är:

Det stöds av andra tiders modeller och teorier

Bohrs modell var den första som införlivade kvantteorien, baserad på Rutherfords atomodell och på idéer hämtade från Albert Einsteins fotoelektriska effekt. Faktum är att Einstein och Bohr var vänner.

Experimentella bevis

Enligt denna modell absorberar eller avger atomer bara strålning när elektroner hoppar mellan tillåtna banor. De tyska fysikerna James Franck och Gustav Hertz erhöll experimentellt bevis för dessa stater 1914.

Elektroner finns i energinivåer

Elektroner omger kärnan och finns vid vissa energinivåer, som är diskreta och beskrivs i kvantantal.

Värdet på energin i dessa nivåer existerar som en funktion av ett tal n, kallat det huvudsakliga kvanttalet, som kan beräknas med ekvationer som kommer att detaljeras senare.

Utan energi finns det ingen rörelse för elektronen

Källa: wikimedia.org. Författare: Kurzon

Den övre bilden visar en elektron som gör kvantsteg.

Enligt denna modell är det ingen energi som rör sig från en nivå till en annan utan energi, precis som utan energi är det inte möjligt att lyfta ett fallet föremål eller att separera två magneter.

Bohr föreslog kvantum som den energi som krävs av en elektron för att passera från en nivå till en annan. Han konstaterade också att den lägsta energinivån som en elektron upptar kallas "marktillstånd". Det "upphetsade tillståndet" är ett mer instabilt tillstånd, resultatet av att en elektron passerar till en orbital med högre energi.

Antal elektroner i varje skal

Elektronerna som passar i varje skal beräknas med 2n ²

Kemiska element som ingår i det periodiska systemet och som finns i samma kolumn har samma elektroner i det sista skalet. Antalet elekroner i de första fyra skikten skulle vara 2, 8, 18 och 32.

Elektroner roterar i cirkulära banor utan att stråla ut energi

Enligt Bohrs First Postulate beskriver elektroner cirkulära banor runt atomkärnan utan att stråla ut energi.

Banor tillåtna

Enligt Bohrs andra postulat är de enda banor som är tillåtna för en elektron de som för vinkelmomentet L för elektronen är ett heltal av multipla av Plancks konstant. Matematiskt uttrycks det så här:

Energi som släpps ut eller absorberas i hopp

Enligt det tredje postulatet skulle elektroner avge eller ta upp energi i hopp från en bana till en annan. I banhoppet släpps eller absorberas en foton, vars energi representeras matematiskt:

Bohrs atommodellpostulat

Bohr fortsatte atomens planetmodell, enligt vilken elektroner kretsade kring en positivt laddad kärna, precis som planeterna runt solen.

Men denna modell utmanar en av postulaten i klassisk fysik. Enligt detta bör en partikel med en elektrisk laddning (såsom elektron) som rör sig i en cirkulär bana kontinuerligt förlora energi genom utsläpp av elektromagnetisk strålning. När man tappar energi, måste elektronen följa en spiral tills den föll in i kärnan.

Bohr antog då att lagarna i klassisk fysik inte var de mest lämpliga för att beskriva den observerade stabiliteten hos atomer och föreslog följande tre postulater:

Första postulat

Elektronen går runt kärnan i banor som drar cirklar utan att stråla ut energi. I dessa omloppsbana är den vinklade rörelsemomentet konstant.

För elektronerna i en atom tillåts endast banor av vissa radier, motsvarande vissa definierade energinivåer.

Andra postulatet

Inte alla banor är möjliga. Men när elektronen befinner sig i en bana som är tillåten är den i ett tillstånd av specifik och konstant energi och avger inte energi (stationär energibana).

I väteatomen ges till exempel energierna som tillåts för elektronen genom följande ekvation:

I denna ekvation är värdet -2,18 x 10 ^–18 Rydbergkonstanten för väteatomen, och n = kvantantal kan ta värden från 1 till ∞.

Elektronenergierna i en väteatom som genereras från den föregående ekvationen är negativa för var och en av n. När n ökar är energin mindre negativ och därför ökar den.

När n är tillräckligt stor - till exempel n = ∞ - är energin noll och representerar att elektronen har frigjorts och atomen joniserats. Detta noll energitillstånd har högre energi än negativa energitillstånd.

Tredje postulat

En elektron kan byta från en stationär energibana till en annan genom utsläpp eller absorption av energi.

Den energi som släpps ut eller absorberas kommer att vara lika med skillnaden i energi mellan de två tillstånden. Denna energi E är i form av en foton och ges av följande ekvation:

E = h ν

I denna ekvation är E energin (absorberad eller utsänd), h är Plancks konstant (dess värde är 6,63 x 10 ^-34 joule-sekunder) och v är ljusfrekvensen, vars enhet är 1 / s .

Energinivådiagram för väteatomer

Bohr-modellen kunde på ett tillfredsställande sätt förklara spektrumet för väteatomen. I våglängdsområdet för synligt ljus är exempelvis väteatomens emissionsspektrum enligt följande:

Låt oss se hur frekvensen för några av de observerade ljusbanden kan beräknas; till exempel färgen röd.

Med användning av den första ekvationen och att ersätta 2 och 3 med n, erhålls resultaten som visas i diagrammet.

Det vill säga:

För n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

För n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Det är då möjligt att beräkna energidifferensen för de två nivåerna:

AE = E ₃ - E ₂ = (-2,42 - (- 5,45)) X 10 ^{- 19} = 3,43 X 10 ^{- 19} J

Enligt ekvationen som förklaras i det tredje postulatet ΔE = h ν. Så du kan beräkna ν (ljusfrekvens):

v = ΔE / h

Det vill säga:

v = 3,43 x 10 ^–19 J / 6,63 x ^10-34 Js

v = 4,56 x 10 ¹⁴ s ^-1 eller 4,56 x 10 ¹⁴ Hz

Eftersom λ = c / ν, och ljusets hastighet c = 3 x 10 ⁸ m / s, ges våglängden av:

X = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Detta är våglängdsvärdet för det observerade röda bandet i vätgaslinjespektrumet.

De tre huvudbegränsningarna för Bohr-modellen

1- Den anpassar sig till väteatomens spektrum, men inte till andra atoms spektra.

2- Elektronens vågegenskaper representeras inte i beskrivningen av den som en liten partikel som kretsar kring atomkärnan.

3- Bohr kan inte förklara varför klassisk elektromagnetism inte är tillämplig på hans modell. Det är, varför elektroner inte avger elektromagnetisk strålning när de befinner sig i en stationär bana.

Artiklar av intresse

Schrödingers atomodell.

De Broglie atommodell.

Chadwicks atommodell.

Heisenberg atommodell.

Perrins atommodell.

Thomsons atommodell.

Daltons atommodell.

Dirac Jordan atommodell.

Atomisk modell av Democritus.

Sommerfeld atommodell.

referenser

1. Brown, TL (2008). Kemi: den centrala vetenskapen. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Kvantfysik hos atomer, molekyler, fasta ämnen, kärnor och partiklar. New York: Wiley
3. Bohr-Sommerfeld atommodell. Återställd från: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Kemiens värld. Philadelphia, Pa .: Saunders College Publishing, s. 76-78.
5. Modell av Bohr de l'atome d'hydrogène. Återställs från fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Återställd från: home.cern