АТОМНАЯ МОДЕЛЬ БОРА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОСТУЛАТЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Модель атома Бора представляет собой представление атома, предложенное датским физиком Нилсом Бором (1885-1962). Модель устанавливает, что электрон движется по орбитам на фиксированном расстоянии вокруг ядра атома, описывая равномерное круговое движение. Орбиты - или уровни энергии, как он их называл - имеют разную энергию.

Каждый раз, когда электрон меняет свою орбиту, он излучает или поглощает энергию в фиксированных количествах, называемых «квантами». Бор объяснил спектр света, излучаемого (или поглощаемого) атомом водорода. Когда электрон движется с одной орбиты на другую по направлению к ядру, происходит потеря энергии, и излучается свет с характерной длиной волны и энергией.

Источник: wikimedia.org. Автор: Шэрон Бьюик, Адриньола. Иллюстрация атомной модели Бора. Протон, орбита и электрон.

Бор пронумеровал энергетические уровни электрона, считая, что чем ближе электрон к ядру, тем ниже его энергетическое состояние. Таким образом, чем дальше электрон от ядра, тем больше будет номер энергетических уровней и, следовательно, больше энергетическое состояние.

Основные особенности

Особенности модели Бора важны, потому что они определили путь к развитию более полной атомной модели. Основные из них:

Это подтверждается другими моделями и теориями того времени.

Модель Бора была первой, включающей квантовую теорию, основанную на атомной модели Резерфорда и на идеях, взятых из фотоэлектрического эффекта Альберта Эйнштейна. Фактически Эйнштейн и Бор были друзьями.

Экспериментальные доказательства

Согласно этой модели, атомы поглощают или испускают излучение только тогда, когда электроны прыгают между разрешенными орбитами. Немецкие физики Джеймс Франк и Густав Герц получили экспериментальные доказательства этих состояний в 1914 году.

Электроны существуют на энергетических уровнях

Электроны окружают ядро ​​и существуют на определенных уровнях энергии, которые являются дискретными и описываются квантовыми числами.

Значение энергии этих уровней существует как функция числа n, называемого главным квантовым числом, которое можно вычислить с помощью уравнений, которые будут подробно описаны позже.

Без энергии нет движения электрона.

Источник: wikimedia.org. Автор: Курзон

На верхнем рисунке показан электрон, совершающий квантовые скачки.

Согласно этой модели, без энергии нет движения электрона с одного уровня на другой, так же как без энергии невозможно поднять упавший объект или разделить два магнита.

Бор предложил квант как энергию, необходимую электрону для перехода с одного уровня на другой. Он также установил, что самый низкий уровень энергии, который занимает электрон, называется «основным состоянием». «Возбужденное состояние» - это более нестабильное состояние, результат перехода электрона на орбиталь с более высокой энергией.

Количество электронов в каждой оболочке

Электроны, которые помещаются в каждую оболочку, рассчитываются с помощью 2n ²

Химические элементы, входящие в периодическую таблицу и находящиеся в одном столбце, имеют одинаковые электроны в последней оболочке. Число электронов в первых четырех слоях будет 2, 8, 18 и 32.

Электроны вращаются по круговым орбитам без излучения энергии

Согласно Первому постулату Бора, электроны описывают круговые орбиты вокруг ядра атома без излучения энергии.

Допустимые орбиты

Согласно Второму постулату Бора, для электрона разрешены только орбиты, для которых угловой момент L электрона является целым кратным постоянной Планка. Математически это выражается так:

Энергия, излучаемая или поглощаемая скачками

Согласно третьему постулату, электроны будут излучать или поглощать энергию скачками с одной орбиты на другую. При скачке орбиты излучается или поглощается фотон, энергия которого математически представлена:

Постулаты атомной модели Бора

Бор продолжил планетарную модель атома, согласно которой электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра, как планеты вокруг Солнца.

Однако эта модель бросает вызов одному из постулатов классической физики. Согласно этому, частица с электрическим зарядом (например, электрон), которая движется по круговой траектории, должна постоянно терять энергию из-за испускания электромагнитного излучения. Теряя энергию, электрон должен был бы следовать по спирали, пока не упал в ядро.

Затем Бор предположил, что законы классической физики не самые подходящие для описания наблюдаемой стабильности атомов, и представил следующие три постулата:

Первый постулат

Электрон вращается вокруг ядра по орбитам, которые рисуют круги, не излучая энергии. На этих орбитах орбитальный угловой момент постоянен.

Для электронов атома разрешены только орбиты определенного радиуса, соответствующие определенным определенным уровням энергии.

Второй постулат

Не все орбиты возможны. Но как только электрон находится на разрешенной орбите, он находится в состоянии определенной и постоянной энергии и не излучает энергию (стационарная энергетическая орбита).

Например, в атоме водорода допустимые энергии для электрона задаются следующим уравнением:

В этом уравнении значение -2,18 x 10 ^–18 - это постоянная Ридберга для атома водорода, а n = квантовое число может принимать значения от 1 до ∞.

Энергии электронов атома водорода, полученные из предыдущего уравнения, отрицательны для каждого из значений n. С увеличением n энергия становится менее отрицательной и, следовательно, увеличивается.

Когда n достаточно велико - например, n = ∞ - энергия равна нулю и означает, что электрон был выпущен, а атом ионизирован. Это состояние с нулевой энергией содержит более высокую энергию, чем состояния с отрицательной энергией.

Третий постулат

Электрон может переходить с одной стационарной энергетической орбиты на другую за счет излучения или поглощения энергии.

Излучаемая или поглощенная энергия будет равна разнице в энергии между двумя состояниями. Эта энергия E находится в форме фотона и определяется следующим уравнением:

E = h ν

В этом уравнении E - энергия (поглощенная или излучаемая), h - постоянная Планка (ее значение составляет 6,63 x 10 ^-34 джоуль-секунды), а ν - частота света, единица измерения - 1 / с. ,

Диаграмма уровней энергии для атомов водорода

Модель Бора смогла удовлетворительно объяснить спектр атома водорода. Например, в диапазоне длин волн видимого света спектр излучения атома водорода выглядит следующим образом:

Давайте посмотрим, как можно рассчитать частоту некоторых наблюдаемых световых полос; например, красный цвет.

Используя первое уравнение и подставляя 2 и 3 вместо n, получают результаты, показанные на диаграмме.

То есть:

Для n = 2, E ₂ = -5,45 x ^10-19 Дж.

Для n = 3 E ₃ = -2,42 x ^10-19 Дж.

Затем можно рассчитать разность энергий для двух уровней:

E = Е ₃ - Е ₂ = (-2,42 - (- 5,45)) х 10 ^{- 19} = 3,43 х 10 ^{- 19} Дж

Согласно уравнению, описанному в третьем постулате, ΔE = h ν. Итак, вы можете вычислить ν (частота света):

ν = ΔE / ч

То есть:

ν = 3,43 x 10 ^–19 Дж / 6,63 x ^10-34 Дж

ν = 4,56 x 10 ¹⁴ с ^-1 или 4,56 x 10 ¹⁴ Гц

Поскольку λ = c / ν, а скорость света c = 3 x 10 ⁸ м / с, длина волны определяется по формуле:

λ = 6,565 × 10 ^{- 7} м (656,5 нм)

Это значение длины волны наблюдаемой красной полосы в линейчатом спектре водорода.

3 основных ограничения модели Бора

1- Он адаптируется к спектру атома водорода, но не к спектрам других атомов.

2- Волновые свойства электрона не представлены в описании его как маленькой частицы, вращающейся вокруг атомного ядра.

3. Бор не может объяснить, почему классический электромагнетизм не применим к его модели. Вот почему электроны не излучают электромагнитное излучение, когда они находятся на стационарной орбите.

Интересные статьи

Атомная модель Шредингера.

Атомная модель Де Бройля.

Атомная модель Чедвика.

Модель атома Гейзенберга.

Атомная модель Перрина.

Атомная модель Томсона.

Атомная модель Дальтона.

Атомная модель Дирака Джордана.

Атомная модель Демокрита.

Атомная модель Зоммерфельда.

Ссылки

1. Браун, Т.Л. (2008). Химия: центральная наука. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл
2. Айсберг, Р., и Резник, Р. (2009). Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц. Нью-Йорк: Wiley
3. Атомная модель Бора-Зоммерфельда. Получено с: fisquiweb.es
4. Йостен, М. (1991). Мир химии. Филадельфия, Пенсильвания: Издательство Saunders College Publishing, стр.76-78.
5. Модель Бора де l'atome d'hydrogène. Восстановлено с fr.khanacademy.org
6. Излар, К. Ретроспектива на атоме: модель Бора на цент. Получено с: home.cern