Η Ατομική Θεωρία του Μπορ

Προτάθηκε από τον Neils Bohr το 1913, η ατομική θεωρία του περιστρέφεται γύρω από τη δομή του ατόμου του υδρογόνου. Στην κβαντική υπόθεση,  τα ηλεκτρόνια μπορούν να καταλάβουν ορισμένες ενεργειακές καταστάσεις γύρω από τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από έναν πυρήνα που είναι ο πυρήνας, σε κλειστές τροχιές. Η θεωρία υποθέτει ότι η ενέργεια απελευθερώνεται ως ακτινοβολία όταν τα ηλεκτρόνια πηδούν σε τροχιά χαμηλότερης ενέργειας. Η ατομική θεωρία του Bohr εξήγησε γιατί τα ατομικά φάσματα παράγουν φως σταθερών συχνοτήτων κατά τη διέγερση.

Προέλευση της ατομικής θεωρίας του Bohr

Ο Bohr πήρε την πρωτοβουλία αναλύοντας τη δομή ενός ατόμου χρησιμοποιώντας την παλαιού τύπου μηχανική. Ωστόσο, παρατήρησε ότι για ένα βιώσιμο ατομικό μοντέλο, θα έπρεπε να ενσωματώσει ορισμένες αρχές της κβαντικής μηχανικής που βρίσκεται ακόμη σε βρεφική ηλικία.

Ο Bohr είδε ότι η κβαντοποίηση της ενέργειας όπως προτάθηκε από τον Max Planck είχε μια θεμελιώδη σταθερά, που ονομάζεται σταθερά του Planck, η οποία είχε διαστάσεις γωνιακής ορμής.

Σε αυτή τη βάση, ο Bohr θεώρησε ότι όπως η ενέργεια κβαντίζεται, έτσι μπορεί να είναι και η γωνιακή ορμή. Στη συνέχεια χρησιμοποίησε έναν ακέραιο αριθμό, τον κβαντικό αριθμό ‘n’, για να σημειώσει τις τροχιές.

Επιπλέον, ο Bohr περιέγραψε πώς τα ηλεκτρόνια ακτινοβολούσαν ενέργεια όταν πήδηξαν από μια τροχιά υψηλότερης ενέργειας σε μια τροχιά χαμηλότερης ενέργειας και απορρόφησαν ενέργεια όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταφέρθηκε από μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας σε μια υψηλότερη.

Η ενέργεια που εκπέμπεται θα ήταν τα φάσματα εκπομπής, ενώ αυτή που απορροφάται στα φάσματα απορρόφησης.

Αυτή ήταν η πρώτη που δόθηκε θεωρητική βάση στο φάσμα ενός ατόμου. Αυτή ήταν επίσης η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκε ατομικό μοντέλο για να εξηγήσει ένα πειραματικό γεγονός.

Η Ατομική Θεωρία του Bohr είναι μια πρωτοποριακή πρόοδος και για τους δύο αυτούς λόγους. Η ατομική θεωρία του Bohr δίνει το μοντέλο του Bohr για την περιγραφή ενός ατόμου. Τα βασικά χαρακτηριστικά περιγράφονται στην επόμενη ενότητα.

Μοντέλο του Bohr

Το βασικό χαρακτηριστικό της ατομικής θεωρίας του Bohr είναι ένας θετικά φορτισμένος πυρήνας γύρω από τον οποίο το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο περιφέρεται σε μια σταθερή διαδρομή.

Πολλά άτομα το υποστηρίζουν επίσης ως το μοντέλο Rutherford-Bohr λόγω της έμπνευσης που λαμβάνεται από το μοντέλο Rutherford.

Ακολουθούν ορισμένα κύρια χαρακτηριστικά της Ατομικής Θεωρίας του Bohr: 

•  Το πλαίσιο που αποτελείται από έναν μικρό πυρήνα που περικλείεται από κυκλικά ηλεκτρόνια είναι παρόμοιο με αυτό των πλανητών γύρω από τον Ήλιο. Ο κύριος παράγοντας διάκρισης είναι ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να καταλάβουν μόνο ορισμένες καλά καθορισμένες τροχιές.
• Το μοντέλο του Bohr εξαρτάται από την κβαντομηχανική.
• Ο Bohr υποστήριξε ότι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορούν να φιλοξενηθούν για μια τροχιά θα ήταν 2n2, όπου το "n" είναι η σειρά της τροχιάς.
• Ο Bohr τροποποίησε περαιτέρω το μοντέλο φλοιού για να εξηγήσει γιατί τα άτομα με συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων είναι πιο σταθερά από άλλα, παρόλο που είχαν περισσότερα πρωτόνια και ηλεκτρόνια.
• Το μοντέλο του Bohr έκανε επιπλέον νόημα γιατί τα ευγενή αέρια δεν αντιδρούσαν.
• Το μοντέλο του Bohr εξήγησε επίσης γιατί τα άτομα στο αριστερό μισό του Περιοδικού πίνακα ήταν αναγωγικοί παράγοντες. Ταυτόχρονα, η δεξιά πλευρά του πίνακα απεικόνιζε την οξειδωτική συμπεριφορά.

Δηλώσεις

Ο Neil Bohr κατέληξε σε κάποια αξιώματα που εξηγούν τη θεωρία σε βάθος. Επιπλέον, τα αξιώματα έδειξαν διορατικότητα στην κατανόηση των κανόνων και των αρχών.

Τα αξιώματα ίσχυαν κυρίως για τα μόρια που είχαν ένα μόνο ηλεκτρόνιο, καθώς έδωσε έμφαση σε τέτοια μόρια.

Το μοντέλο του Bohr για το μόριο του υδρογόνου εξαρτάται από αυτές τις υποθέσεις: 

• Ένα ηλεκτρόνιο κινείται γύρω από τον πυρήνα, που είναι ο πυρήνας.
• Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από μια σταθερή και καθορισμένη τροχιά, όπως εξηγείται από την κβαντοποίηση της γωνιακής ορμής.
• Σε αυτές τις επιτρεπόμενες τροχιές, τα ηλεκτρόνια δεν εκπέμπουν ενέργεια (όπως θα έπρεπε από την Ηλεκτρομαγνητική θεωρία)
• Η ενέργεια ακτινοβολείται ή απορροφάται μόνο όταν τα ηλεκτρόνια αλλάζουν τροχιές.
• Τα κελύφη έχουν διαφορετικά επίπεδα ενέργειας που υποδεικνύονται ως K, L, M, N.

Περιορισμοί

Το μοντέλο Bohr θα μπορούσε να εφαρμοστεί με επιτυχία μόνο για ένα άτομο υδρογόνου.

Το μοντέλο Bohr του υδρογόνου είναι ένα μοντέλο ημιπαλαιού στυλ. Η θεωρία ενοποιεί την κλασική ιδέα των κύκλων ηλεκτρονίων με τη νέα ιδέα της κβαντοποίησης.

Το εντυπωσιακό αποτέλεσμα αυτού του μοντέλου προκάλεσε πολλούς φυσικούς να αναζητήσουν διευκρίνιση για το γιατί ένα τέτοιο μοντέλο θα έπρεπε να λειτουργεί με οποιοδήποτε μέσο και να αναζητήσουν μια κατανόηση της επιστήμης των υλικών πίσω από τις υποθέσεις της πρώιμης κβαντικής υπόθεσης.

Με την πρόοδο της ατομικής θεωρίας του Bohr, αντιμετωπίζουμε επίσης περιορισμούς που η θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει. Μερικοί περιορισμοί είναι: 

• Η ατομική θεωρία του Bohr έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία του de Broglie ότι τα ηλεκτρόνια αποκαλύπτουν την κυματική φύση. Αλλά ο Bohr θεωρούσε τα ηλεκτρόνια ως σωματίδια.
• Η ατομική θεωρία του Bohr λειτουργεί μόνο για μόρια που αποτελούνται από ένα μόνο ηλεκτρόνιο. Για παράδειγμα – Υδρογόνο, λίθιο, κ.λπ.
• Το μοντέλο του Bohr δεν μπορούσε να κατανοήσει τα φάσματα των πολυηλεκτρονικών σωματιδίων.
• Ένα σωματίδιο έχει τρεις διαστάσεις, αλλά το μοντέλο του Bohr καθορίστηκε για δύο διαστάσεις.
• Το μοντέλο απέτυχε να εξηγήσει τις διαφορές που απεικονίστηκαν από το φασματόμετρο.
• Η ατομική θεωρία του Bohr δεν έβγαλε συμπεράσματα σχετικά με τη διάσπαση των φασματικών γραμμών (φαινόμενο Zeeman).
• Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, είναι αδύνατο να μετρηθεί η θέση και η δύναμη των ηλεκτρονίων ταυτόχρονα. Όμως, ο Bohr δήλωσε ότι αυτές οι δύο παράμετροι (δύναμη και θέση) μπορούσαν να υπολογιστούν ταυτόχρονα.

Συμπέρασμα

Η ατομική θεωρία του Bohr είναι αναπόσπαστο μέρος της Χημείας και της κβαντικής μηχανικής, η οποία έχει οδηγήσει σε νέες ιδέες και μια εισαγωγή στην ατομική δομή. Επιπλέον, το επίπεδο ενέργειας κάθε τροχιάς είναι σταθερό. Ουσιαστικά, ο Ράδερφορντ όρισε τον πυρήνα του ατόμου και ο Μπορ μετέτρεψε αυτό το μοντέλο σε ηλεκτρόνια και τα αντίστοιχα ενεργειακά τους επίπεδα.

Σύμφωνα με το μοντέλο του Bohr, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από έναν μικρό, θετικά φορτισμένο πυρήνα σε μια σειρά από τροχιές. Για τον Bohr, η απόσταση από τον πυρήνα επηρέασε σημαντικά την ενέργεια των ηλεκτρονίων, ενώ η εγγύτητα στον πυρήνα είχε πολύ μικρότερη επίδραση.