Κατανόηση της ατομικής θεωρίας του Bohr

Η ανάπτυξη της επιστήμης από καιρό σε καιρό επηρεάζει τον ανθρώπινο πολιτισμό. Ένα από αυτά είναι για το άτομο, όπου η θεωρία του ατόμου υπάρχει από αρκετούς αιώνες π.Χ. και συνεχίζει να μελετάται με διάφορα πειράματα από επιστήμονες, έτσι ώστε να παράγονται θεωρίες που θα είναι χρήσιμες για την επιστήμη στο μέλλον.

Ένας από τους επιστήμονες που ερεύνησαν το άτομο είναι ο Niels Bohr, γνωστός ως ατομική θεωρία Bohr. Ο Δανός επιστήμονας εισήγαγε το μοντέλο Bohr του ατόμου το 1913 περιγράφοντας το άτομο ως έναν μικρό, θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια που κινούνται σε κυκλικές τροχιές. Όπου, η κυκλική τροχιά περιβάλλει επίσης τον πυρήνα.

Το μοντέλο Bohr του ατόμου μοιάζει με αυτό του ηλιακού συστήματος, αλλά η βαρυτική του δύναμη αντικαθίσταται από ηλεκτροστατική δύναμη. Η ανακάλυψη των διπλών ιδιοτήτων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τα πειράματα που δείχνουν τον ποσοτικό προσδιορισμό της ενέργειας βοήθησαν τον Neil Bohr να παρουσιάσει ένα μοντέλο του ατόμου που μπόρεσε να ξεπεράσει μερικές από τις αδυναμίες του μοντέλου Ruherford. Υπάρχουν 6 κύρια σημεία από την ατομική θεωρία του Bohr, όπως:

  1. Τα ηλεκτρόνια στο άτομο υδρογόνου περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε κυκλική διαδρομή αλλά έχουν μια συγκεκριμένη ενέργεια που ονομάζεται τροχιές.
  2. Η ενέργεια των ηλεκτρονίων σε αυτές τις τροχιές καθορίζεται από την απόσταση των ηλεκτρονίων από τον ατομικό πυρήνα, όσο πιο μακριά από τον πυρήνα η ενέργεια των ηλεκτρονίων είναι υψηλότερη.
  3. Μόνο σε τροχιές με συγκεκριμένο επίπεδο ενέργειας μπορούν τα ηλεκτρόνια να περιβάλλουν τον πυρήνα, ή με άλλα λόγια, το κβαντοποιημένο επίπεδο ενέργειας.
  4. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν από χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας εάν απορροφούν αρκετή ενέργεια.
  5. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας απελευθερώνοντας μια συγκεκριμένη ενέργεια.
  6. Το επίπεδο ενέργειας της τροχιάς ηλεκτρονίων είναι πολλαπλάσιο ενός ακέραιου από 1 έως άπειρο που ονομάζεται κβαντικός αριθμός.

(Διαβάστε επίσης: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ατομικής θεωρίας του Rutherford)

Το μοντέλο του ατόμου υδρογόνου του Bohr

Η ατομική θεωρία του Bohr κατάφερε να εξηγήσει τα φάσματα των ατόμων υδρογόνου και των ατόμων με απλά ηλεκτρόνια, αλλά απέτυχε να εξηγήσει τα φάσματα των ατόμων με πολλά ηλεκτρόνια. Στο μοντέλο Bohr για το άτομο υδρογόνου, υπάρχουν 6 σημαντικά σημεία που πρέπει να σημειωθούν, συγκεκριμένα:

  1. Το άτομο υδρογόνου έχει σταθερή κατάσταση η οποία αριθμείται ως n = 1,2,3 ,,,,, έως το άπειρο. Όπου το n είναι γνωστό ως ο κύριος κβαντικός αριθμός.
  2. Η ακτίνα της σταθερής κατάστασης δίνεται από τον τύπο: r n = n2a 0 ,, όπου το 0 είναι γνωστό ως ακτίνα Bohr και έχει την τιμή 52,9 μ.μ.
  3. Η ενέργεια ενός δεδομένου στάσιμη κατάσταση (τροχιά) σε ένα άτομο υδρογόνου δίνεται ως: En = - R H (1 / η2) J ανά άτομο, όπου το R H είναι ονομάζεται η σταθερά Rydberg. = -2,18 x 10-18 J ανά άτομο.
  4. Η ενέργεια ηλεκτρονίων από τη στάσιμη κατάσταση (En) είναι πάντα αρνητική για το άτομο υδρογόνου.
  5. Η θεωρία Bohr για το άτομο υδρογόνου μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε ιόντα όπως He +, Li 2+, Be 3+ που έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο.

Οφέλη και περιορισμοί

Όπως και με άλλες ατομικές θεωρίες, η ατομική θεωρία του Bohr έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της. Όπου, για τα οφέλη της συμπερίληψης σταθερών ατόμων επειδή τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να χάσουν ενέργεια ενώ σε ορισμένες τροχιές, η ατομική θεωρία του Bohr εξηγεί το γραμμικό φάσμα των ατόμων υδρογόνου.

Όσον αφορά τους περιορισμούς της ατομικής θεωρίας του Bohr, μεταξύ άλλων. Αυτή η θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει το φάσμα των ατομικών γραμμών πολλαπλών ηλεκτρονίων, δεν μπορεί να εξηγήσει τον διαχωρισμό των φασματικών γραμμών παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου (φαινόμενο Zeeman) ή ενός ηλεκτρικού πεδίου (έντονο φαινόμενο), δεν μπορεί να εξηγήσει τη σχετική ένταση των φασματικών γραμμών.