Atómový model charakteristík Bohr, postuláty, obmedzenia



Bohrov atómový model je reprezentáciou atómu navrhnutého dánskym fyzikom Neilsom Bohrom (1885-1962). Model uvádza, že elektrón sa pohybuje v obežných dráhach v pevnej vzdialenosti okolo atómového jadra, pričom opisuje jednotný kruhový pohyb. Obežné dráhy - alebo energetické hladiny, ako ich nazýval - majú inú energiu.

Zakaždým, keď elektrón zmení obežnú dráhu, vyžaruje alebo absorbuje energiu v pevných množstvách nazývaných "quanta". Bohr vysvetlil spektrum svetla emitovaného (alebo absorbovaného) atómom vodíka. Keď sa elektrón pohybuje z jednej dráhy na druhú smerom k jadru, dochádza k strate energie a vyžaruje sa svetlo s vlnovou dĺžkou a energetickými charakteristikami..

Bohr spočítal energetické hladiny elektrónu, vzhľadom na to, že čím bližšie je elektrón k jadru, tým je jeho energetický stav nižší. Čím ďalej je elektrón z jadra, tým vyššie bude číslo energetickej hladiny, a preto bude energetický stav vyšší..

index

  • 1 Hlavné charakteristiky
    • 1.1 Je založený na iných modeloch a teóriách času
    • 1.2 Experimentálne dôkazy
    • 1.3 Elektróny existujú v energetických hladinách
    • 1.4 Bez energie nedochádza k pohybu elektrónu
    • 1,5 Počet elektrónov v každej vrstve
    • 1.6 Elektróny sa otáčajú v kruhovom obehu bez vyžarujúcej energie
    • 1.7 Povolené obežné dráhy
    • 1.8 Energia emitovaná alebo absorbovaná v skokoch
  • 2 Postuláty atómového modelu Bohr
    • 2.1 Prvý postulát
    • 2.2 Druhý postulát
    • 2.3 Tretí postulát
  • 3 Schéma hladín energie pre atómy vodíka
  • 4 3 hlavné obmedzenia modelu Bohr
  • 5 Články záujmu
  • 6 Referencie

Hlavné charakteristiky

Charakteristiky Bohrovho modelu sú dôležité, pretože určili cestu k vývoju úplnejšieho atómového modelu. Hlavné sú:

Je založený na iných modeloch a teóriách času

Bohrov model bol prvý, ktorý zahrnoval kvantovú teóriu podporovanú Rutherfordovým atómovým modelom a myšlienky z fotoelektrického efektu Alberta Einsteina. Einstein a Bohr boli priatelia.

Experimentálne dôkazy

Podľa tohto modelu atómy absorbujú alebo emitujú žiarenie len vtedy, keď elektróny skok medzi povolenými obežnými dráhami. Nemeckí fyzici James Franck a Gustav Hertz získali experimentálny dôkaz týchto štátov v roku 1914.

Elektróny existujú v energetických hladinách

Elektróny obklopujú jadro a existujú na určitých úrovniach energie, ktoré sú diskrétne a ktoré sú opísané v kvantových číslach.

Energetická hodnota týchto úrovní existuje ako funkcia čísla n, nazývaného hlavné kvantové číslo, ktoré možno vypočítať pomocou rovníc, ktoré budú podrobnejšie popísané neskôr..

Bez energie nedochádza k pohybu elektrónu

Vyššie uvedená ilustrácia ukazuje elektrón, ktorý robí kvantové skoky.

Podľa tohto modelu bez energie nedochádza k pohybu elektrónu z jednej úrovne do druhej, rovnako ako bez energie nie je možné zdvihnúť predmet, ktorý spadol alebo oddelil dva magnety.

Bohr navrhol kvantum ako energiu potrebnú na to, aby elektrón prešiel z jednej úrovne do druhej. Uviedol tiež, že najnižšia úroveň energie obsadená elektrónom sa nazýva "základný stav". "Vzrušený stav" je nestabilnejší stav, ktorý je výsledkom prechodu elektrónu do orbitálu s vyššou energiou. 

Počet elektrónov v každej vrstve

Elektróny, ktoré zapadajú do každej vrstvy, sa vypočítajú pomocou 2n2 

Chemické prvky, ktoré sú súčasťou periodickej tabuľky a ktoré sú v tom istom stĺpci, majú rovnaké elektróny v poslednej vrstve. Počet elektrónov v prvých štyroch vrstvách by bol 2, 8, 18 a 32.

Elektrony sa otáčajú v kruhovom obehu bez vyžarujúcej energie

Podľa Bohrovho prvého postulátu elektróny opisujú kruhové dráhy okolo jadra atómu bez vyžarujúcej energie.

Povolené orbity

Podľa Bohrovho druhého postulátu sú jedinými povolenými dráhami pre elektrón tie, pre ktoré je moment hybnosti L elektrónu celočíselným násobkom Planckovej konštanty. Matematicky sa to vyjadruje takto:

Energia emitovaná alebo absorbovaná v skokoch

Podľa Tretieho Postulátu by elektróny emitovali alebo absorbovali energiu v skokoch z jednej orbity na druhú. Pri skoku na obežnej dráhe je fotón emitovaný alebo absorbovaný, ktorého energia je reprezentovaná matematicky:

Postuláty atómového modelu Bohr

Bohr dal kontinuitu planetárnemu modelu atómu, podľa ktorého sa elektróny otáčali okolo kladne nabitého jadra, ako aj planét okolo Slnka..

Tento model však spochybňuje jeden z postulátov klasickej fyziky. Podľa toho, častice s elektrickým nábojom (ako elektrón), ktorý sa pohybuje v kruhovej dráhe, by mali nepretržite strácať energiu emisiou elektromagnetického žiarenia. Pri strate energie by elektrón musel nasledovať špirálu až do pádu do jadra.

Bohr potom predpokladal, že zákony klasickej fyziky nie sú najvhodnejšie na opísanie stability pozorovanej v atómoch a prezentoval tieto tri postuláty:

Prvý postulát

Elektrón sa otáča okolo jadra v obežných dráhach bez vyžarujúcej energie. V týchto dráhach je orbitálny moment hybnosti konštantný.

Pre elektróny atómu sú povolené len obežné dráhy určitého polomeru zodpovedajúce určitým definovaným hladinám energie.

Druhý postulát

Nie všetky obežné dráhy sú možné. Akonáhle je však elektrón na obežnej dráhe, ktorá je povolená, je v stave špecifickej a konštantnej energie a nevydáva energiu (stacionárna orbita energie)..

Napríklad v atóme vodíka sú povolené energie pre elektrón dané nasledujúcou rovnicou:

Energie elektrónov atómu vodíka, ktoré sú generované z vyššie uvedenej rovnice, sú negatívne pre každú z hodnôt n. Ako n narastá, energia je menej negatívna, a preto sa zvyšuje.

Keď n je dostatočne veľký - napríklad n = ∞ - energia je nula a predstavuje, že elektrón bol uvoľnený a ionizovaný atóm. Tento stav nulovej energie má väčšiu energiu ako stavy s negatívnymi energiami.

Tretí postulát

Elektrón sa môže zmeniť zo stacionárnej energie na obežnú dráhu na inú energiu tým, že emituje alebo absorbuje energiu.

Vyžarovaná alebo absorbovaná energia bude rovná energetickému rozdielu medzi týmito dvoma stavmi. Táto energia E je vo forme fotónu a je daná touto rovnicou:

E = h ν

V tejto rovnici E je energia (absorbovaná alebo emitovaná), h je Planckova konštanta (jej hodnota je 6,63 x 10-34 joule-sekundy [J-s]) a ν je frekvencia svetla, ktorej jednotka je 1 / s.

Schéma energetických hladín atómov vodíka

Bohrov model bol schopný uspokojivo vysvetliť spektrum atómu vodíka. Napríklad v rozsahu vlnových dĺžok viditeľného svetla je emisné spektrum atómu vodíka nasledovné:

Pozrime sa, ako môžete vypočítať frekvenciu niektorých pozorovaných svetelných pásiem; napríklad farba červená.

Pomocou prvej rovnice a nahradením n za 2 a 3 získate výsledky, ktoré sa objavia v diagrame.

To je:

Pre n = 2, E2 = -5,45 x 10-19 J

Pre n = 3, E3 = -2,42 x 10-19 J

Potom je možné vypočítať energetický rozdiel pre tieto dve úrovne:

AE = E3 - E2 = (-2,42 - (- 5,45)) x 10 - 19 = 3,43 x 10 - 19 J

Podľa rovnice vysvetlenej v treťom postuláte ΔE = h ν. Potom môžete vypočítať ν (frekvenciu svetla):

ν = ΔE / h

To je:

ν = 3,43 x 10-19 J / 6,63 x 10-34 J-s

ν = 4,56 x 1014 s-1 alebo 4,56 x 1014 hz

Byť λ = c / ν a rýchlosť svetla c = 3 x 10 8 m / s, vlnová dĺžka je daná vzťahom:

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

Toto je hodnota vlnovej dĺžky červeného pásu pozorovaná v spektre vodíkových línií.

3 hlavné obmedzenia modelu Bohr

1- Prispôsobuje sa spektru atómu vodíka, ale nie spektrom iných atómov.

2- undulatory vlastnosti elektrónu nie sú zastúpené v opise tohto ako malá častica, ktorá sa točí okolo atómového jadra.

3- Bohr nedokáže vysvetliť, prečo sa klasický elektromagnetizmus nevzťahuje na jeho model. To je dôvod, prečo elektróny nevyžarujú elektromagnetické žiarenie, keď sú na nehybnej dráhe.

Články záujmu

Atómový model Schrödingera.

Atómový model Broglieho.

Atómový model Chadwicku.

Atómový model Heisenberga.

Atómový model Perrinu.

Atómový model Thomsona.

Atómový model Daltona.

Atómový model Dirac Jordan.

Atómový model Democritus.

referencie

  1. Brown, T. L. (2008). Chémia: centrálna veda. Horná Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
  2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Kvantová fyzika atómov, molekúl, pevných látok, jadier a častíc. New York: Wiley
  3. Atómový model Bohr-Sommerfeld. Zdroj: fisquiweb.es
  4. Joesten, M. (1991). Svet chémie Philadelphia, Pa .: Saunders College Publishing, str.
  5. Modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène. Zdroj: fr.khanacademy.org
  6. Izlar, K. Retrospektíva na l'atome: le modèle de Bohr cent. Zdroj: home.cern