نموذج بوهر الذري: الخصائص والمسلمات - جسدي - بدني - 2026

و النموذج الذري بور هو تمثيل للذرة اقترحه الفيزيائي الدنماركي نيلز بوهر (1885-1962). يثبت النموذج أن الإلكترون يسافر في مدارات على مسافة ثابتة حول النواة الذرية ، واصفاً حركة دائرية منتظمة. المدارات - أو مستويات الطاقة ، كما أسماها - ذات طاقة مختلفة.

في كل مرة يغير فيها الإلكترون مداره ، يبعث أو يمتص الطاقة بكميات ثابتة تسمى "كوانتا". شرح بور طيف الضوء المنبعث (أو الممتص) بواسطة ذرة الهيدروجين. عندما ينتقل إلكترون من مدار إلى آخر باتجاه النواة ، يحدث فقد في الطاقة وينبعث الضوء ، مع خصائص الطول الموجي والطاقة.

المصدر: wikimedia.org. المؤلف: شارون بويك ، أدرينولا. رسم توضيحي لنموذج بوهر الذري. البروتون والمدار والإلكترون.

قام بوهر بترقيم مستويات طاقة الإلكترون ، معتبراً أنه كلما اقترب الإلكترون من النواة ، انخفضت حالة طاقته. وبالتالي ، كلما كان الإلكترون بعيدًا عن النواة ، سيكون عدد مستوى الطاقة أكبر ، وبالتالي ، ستكون حالة الطاقة أكبر.

الخصائص الرئيسية

تعتبر ميزات نموذج بوهر مهمة لأنها حددت المسار إلى تطوير نموذج ذري أكثر اكتمالاً. أهمها:

وهي مدعومة بنماذج ونظريات أخرى في ذلك الوقت

كان نموذج بور أول من دمج نظرية الكم ، بناءً على نموذج رذرفورد الذري والأفكار المأخوذة من التأثير الكهروضوئي لألبرت أينشتاين. في الحقيقة كان آينشتاين وبوهر صديقين.

الأدلة التجريبية

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

توجد الإلكترونات في مستويات الطاقة

تحيط الإلكترونات بالنواة وتوجد عند مستويات طاقة معينة ، وهي منفصلة وموصوفة بأرقام كمومية.

توجد قيمة طاقة هذه المستويات كدالة لرقم n ، يسمى رقم الكم الأساسي ، والذي يمكن حسابه بالمعادلات التي سيتم تفصيلها لاحقًا.

بدون طاقة لا توجد حركة للإلكترون

المصدر: wikimedia.org. المؤلف: كورزون

يوضح الرسم التوضيحي العلوي إلكترونًا يقوم بقفزات نوعية.

وفقًا لهذا النموذج ، بدون طاقة لا توجد حركة للإلكترون من مستوى إلى آخر ، تمامًا كما أنه بدون طاقة لا يمكن رفع جسم ساقط أو فصل مغناطيسين.

اقترح بور الكم على أنه الطاقة التي يحتاجها الإلكترون للانتقال من مستوى إلى آخر. كما أثبت أن أدنى مستوى للطاقة يشغله الإلكترون يسمى "الحالة الأرضية". "الحالة المثارة" هي حالة أكثر عدم استقرار ، نتيجة مرور إلكترون إلى مدار طاقة أعلى.

عدد الإلكترونات في كل غلاف

يتم حساب الإلكترونات التي تناسب كل غلاف بـ 2n ²

العناصر الكيميائية التي هي جزء من الجدول الدوري والموجودة في نفس العمود لها نفس الإلكترونات في الغلاف الأخير. سيكون عدد الإلكترونات في الطبقات الأربع الأولى 2 و 8 و 18 و 32.

تدور الإلكترونات في مدارات دائرية دون إشعاع طاقة

وفقًا لفرضية بور الأولى ، تصف الإلكترونات مدارات دائرية حول نواة الذرة بدون إشعاع طاقة.

المدارات مسموح بها

وفقًا لفرضية بوهر الثانية ، المدارات الوحيدة المسموح بها للإلكترون هي تلك التي يكون فيها الزخم الزاوي L للإلكترون عددًا صحيحًا مضاعفًا لثابت بلانك. رياضيا يتم التعبير عنها على النحو التالي:

الطاقة المنبعثة أو الممتصة في القفزات

وفقًا للفرضية الثالثة ، تنبعث الإلكترونات أو تمتص الطاقة في قفزات من مدار إلى آخر. في قفزة المدار ، ينبعث الفوتون أو يُمتص ، ويتم تمثيل طاقته رياضياً:

يفترض نموذج بوهر الذري

تابع بور النموذج الكوكبي للذرة ، والذي وفقًا له تدور الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة ، تمامًا مثل الكواكب حول الشمس.

ومع ذلك ، فإن هذا النموذج يتحدى أحد افتراضات الفيزياء الكلاسيكية. وفقًا لهذا ، فإن الجسيم المشحون بشحنة كهربائية (مثل الإلكترون) الذي يتحرك في مسار دائري ، يجب أن يفقد الطاقة باستمرار عن طريق انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي. عندما يفقد الإلكترون الطاقة ، يجب أن يتبع دوامة حتى يسقط في النواة.

ثم افترض بور ​​أن قوانين الفيزياء الكلاسيكية لم تكن الأنسب لوصف الاستقرار الملحوظ للذرات وطرح الافتراضات الثلاثة التالية:

الفرضية الأولى

يدور الإلكترون حول النواة في مدارات ترسم دوائر بدون إشعاع طاقة. في هذه المدارات يكون الزخم الزاوي المداري ثابتًا.

بالنسبة لإلكترونات الذرة ، يُسمح فقط بمدارات من أنصاف أقطار معينة ، تتوافق مع مستويات طاقة محددة محددة.

الفرضية الثانية

ليست كل المدارات ممكنة. ولكن بمجرد أن يدخل الإلكترون في مدار مسموح به ، فإنه يكون في حالة طاقة محددة وثابتة ولا يصدر طاقة (مدار طاقة ثابت).

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

في هذه المعادلة ، القيمة -2.18 x 10 ^–18 هي ثابت Rydberg لذرة الهيدروجين ، و n = العدد الكمي يمكن أن يأخذ القيم من 1 إلى.

طاقات الإلكترون لذرة الهيدروجين التي تم إنشاؤها من المعادلة السابقة سالبة لكل من قيم n. مع زيادة n ، تكون الطاقة أقل سلبية وبالتالي تزداد.

عندما يكون n كبيرًا بدرجة كافية - على سبيل المثال ، n = ∞ - تكون الطاقة صفرية وتمثل أن الإلكترون قد تم إطلاقه وتأين الذرة. حالة الطاقة الصفرية هذه تحتوي على طاقة أعلى من حالات الطاقة السلبية.

الفرضية الثالثة

يمكن أن يتغير الإلكترون من مدار طاقة ثابت إلى مدار آخر عن طريق انبعاث أو امتصاص الطاقة.

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

ه = ح ν

في هذه المعادلة E هي الطاقة (الممتصة أو المنبعثة) ، h هي ثابت بلانك (قيمتها 6.63 × 10 ^-34 جول-ثانية) و هي تردد الضوء ، ووحدتها 1 / ثانية.

مخطط مستوى الطاقة لذرات الهيدروجين

كان نموذج بور قادرًا على شرح طيف ذرة الهيدروجين بشكل مرض. على سبيل المثال ، في نطاق الطول الموجي للضوء المرئي ، يكون طيف انبعاث ذرة الهيدروجين كما يلي:

دعونا نرى كيف يمكن حساب تردد بعض نطاقات الضوء المرصودة ؛ على سبيل المثال ، اللون الأحمر.

باستخدام المعادلة الأولى واستبدال 2 و 3 بـ n ، يتم الحصول على النتائج الموضحة في الرسم التخطيطي.

ذلك بالقول:

بالنسبة إلى n = 2 ، E ₂ = -5.45 x 10 ^-19 J

بالنسبة إلى n = 3 ، E ₃ = -2.42 x 10 ^-19 J

من الممكن بعد ذلك حساب فرق الطاقة للمستويين:

ΔE = E ₃ - E ₂ = (-2.42 - (- 5.45)) × 10 ^{- 19} = 3.43 × 10 ^{- 19} J

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

ν = ΔE / ساعة

ذلك بالقول:

ν = 3.43 × 10 ^{–19 جول} / 6.63 × ^10-34 شبيبة

ν = 4.56 × 10 ¹⁴ ثانية ^-1 أو 4.56 × 10 ¹⁴ هرتز

نظرًا لأن λ = c / ν وسرعة الضوء ج = 3 × 10 ⁸ م / ث ، يُعطى الطول الموجي بالصيغة التالية:

λ = 6.565 × 10 ^{- 7} م (656.5 نانومتر)

هذه هي قيمة الطول الموجي للنطاق الأحمر المرصود في طيف خط الهيدروجين.

القيود الثلاثة الرئيسية لنموذج بوهر

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

2- لا تتمثل الخواص الموجية للإلكترون في وصفها بأنها جسيم صغير يدور حول النواة الذرية.

3- لا يستطيع بور أن يشرح سبب عدم تطبيق الكهرومغناطيسية الكلاسيكية على نموذجه. هذا هو السبب في أن الإلكترونات لا تصدر إشعاعات كهرومغناطيسية عندما تكون في مدار ثابت.

مقالات ذات أهمية

نموذج شرودنغر الذري.

نموذج دي بروجلي الذري.

نموذج تشادويك الذري.

نموذج هايزنبرغ الذري.

نموذج بيرين الذري.

نموذج طومسون الذري.

نموذج دالتون الذري.

نموذج ديراك الأردن الذري.

النموذج الذري لديموقريطس.

نموذج سومرفيلد الذري.

المراجع

1. براون ، TL (2008). الكيمياء: العلم المركزي. نهر السرج العلوي ، نيوجيرسي: بيرسون برنتيس هول
2. Eisberg، R.، & Resnick، R. (2009). فيزياء الكم للذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والجسيمات. نيويورك: وايلي
3. نموذج بوهر سومرفيلد الذري. تم الاسترجاع من: fisquiweb.es
4. Joesten ، M. (1991). عالم الكيمياء. فيلادلفيا ، بنسلفانيا: Saunders College Publishing ، الصفحات 76-78.
5. نموذج Bohr de l'atome d'hydrogène. تعافى من fr.khanacademy.org
6. Izlar، K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. تم الاسترجاع من: home.cern