Füüsika

Bohri aatomimudel


Aatomit on alati uuritud teadlaste pakutud mudelite kaudu. Iga mudel esitas hüpoteesid, mis põhinesid vastavate autorite teoreetilistel formulatsioonidel ja eksperimentaalsetel tulemustel, kehtides seni, kuni see nähtuste selgitamisel puudusi pakkus. Kui jah, peaksid teadlased pakkuma välja juba välja töötatud teooriate uusi mudeleid või kohandusi.

1911. aastal pakkus Ernest Rutherford välja mudeli, milles kirjeldati aatomit kui planeedisüsteemi, mille ümber oli positiivselt laetud keskne tuum ja tiirlevad elektronid. Kuigi Rutherfordi mudel oli oluline, ei selgitanud see mõnda nähtust õigesti. Maxwelli teooria kohaselt peaks iga kiirendatud laeng eraldama elektromagnetilist kiirgust, kaotades energiat. Kuna Rutherfordi aatomi elektron kirjeldas ümmargust orbiiti ja sellel oli seega tsentripetaalne kiirendus, peaks see kiirgust püsivalt kiirgama, vähendades selle energiataset. Seega peaks see kirjeldama spiraalset rada, kuni see langeb tuumasse, mida ei toimunud, kuna aatomite elektrosfäärid on stabiilsed.

Samuti on Rutherfordi mudeliga veel üks probleem. Maxwelli sõnul on elektroni kiiratav kiirgus sama liikumissagedusega. Seega, kuna elektronide liikumise sagedus peaks tuuma rännates pidevalt varieeruma, peaks elektron eraldama ka muutuva sagedusega kiirgust. Kuid erinevalt pideva spektriga keha eralduvast soojuskiirgusest peaks aatomi kiirgamisel olema ainult teatud väärtuste sagedus.

Nende vastuolude tõttu töötas Niels Bohr välja uue kvantideedel põhineva teooria. Bohr järeldas, et aatomi elektrosfääri stabiilsuse tagamiseks peavad selle aatomi elektronid omama teatud energiatasemeid, mida nimetatakse püsiseisundid või kvant, igaüks neist vastab kindlale energiale. Ta postuleeris, et püsivas olekus aatom ei kiirga, seega selle elektrosfäär püsis stabiilsena.

Järgmisel aastal kinnitasid Gustav Hertz ja James Franck püsiseisundite olemasolu. Püsiseisundit, mille elektronid on madalaima energiatasandiga, nimetatakse põhiseisund; teisi lubatud olekuid nimetatakse erutatud olekud. See tähendab, et lubatud on ainult põhiseisund ja muud ergastatud olekud - kõik muud olekud on keelatud.

Arvestades vesiniku erijuhtu, mis koosneb ainult ühest elektronist, saab energiatasemed järgmise valemi abil:

Kus peamine kvantarv sümboliseerib täht n (= 1, 2, 3…) ja Eei on igale kvantarvule vastav energia.

Oluline on see, et n = 1 vastab energia algseisundile. Lisaks on energiaväärtused negatiivsed, mis tähendab, et taseme saavutamiseks peab elektron saama energiat, lõpetades sel ajal tuumaga suhtlemise või kaotades oma sideme aatomiga.

Bohr postuleeris ka seda, et iga aatom, liikudes püsiseisundist teise, kiirgab või neelab energiakoguse, mis on täpselt võrdne nendele olekutele vastavate energiate vahelise erinevusega. Seda tulemust ei saa seletada klassikalise elektromagnetilise teooriaga, kuna vastavalt sellele on kiirgava kiirguse sagedus seotud elektronide liikumise sagedusega. Täna teame, et see pole õige, kuna kiirgava kiirguse sagedus on seotud ainult alg- ja lõppseisundi energia erinevusega.

Bohri sõnul kirjeldavad elektronid positiivse tuuma ümber tiirlevaid teid, mis on tingitud tõmbejõust Coulombi seadus mis sel juhul on liikumise tsentripetaalne jõud. Nende trajektooride raadiused võivad eeldada ainult teatavaid täpselt määratletud väärtusi. Näiteks vesiniku jaoks on kiirte lubatud väärtused esitatud järgmise väljendiga:

Kus:

n = kvantarv (n = 1, 2, 3…);

rei = orbiidi raadius, mis vastab kvantarvule n;

r1 = maapealsele energiaseisundile vastav raadius, mis on saadud järgmiselt:

Kus:

h = Plancki konstant (h = 6,63x10-34J s);

K = elektrostaatiline vaakumkonstant (K = 9x109 Nm² / C2);

Z = keemilise elemendi aatomnumber;

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

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


Video: Aatomite ehitus. Keemia (Oktoober 2021).