Атомная модель характеристик Бора, постулаты, ограничения

Атомная модель Бора Это изображение атома, предложенное датским физиком Нилсом Бором (1885-1962). Модель утверждает, что электрон движется по орбите на фиксированном расстоянии вокруг атомного ядра, описывая равномерное круговое движение. Орбиты - или энергетические уровни, как он их назвал - имеют разную энергию.

Каждый раз, когда электрон меняет орбиту, он испускает или поглощает энергию в фиксированных количествах, называемых «квантами». Бор объяснил спектр света, испускаемого (или поглощаемого) атомом водорода. Когда электрон движется от одной орбиты к другой в направлении ядра, происходит потеря энергии, и излучается свет с длиной волны и энергетическими характеристиками..

Бор пронумеровал энергетические уровни электрона, считая, что чем ближе электрон к ядру, тем ниже его энергетическое состояние. Таким образом, чем дальше электрон находится от ядра, тем выше будет уровень энергетического уровня и, следовательно, энергетическое состояние будет выше..

индекс

• 1 Основные характеристики
  • 1.1 Он основан на других моделях и теориях того времени
  • 1.2 Экспериментальные доказательства
  • 1.3 Электроны существуют на энергетических уровнях
  • 1.4 Без энергии нет движения электрона
  • 1.5 Количество электронов в каждом слое
  • 1.6 Электроны вращаются по круговым орбитам без излучающей энергии
  • 1.7 Разрешенные орбиты
  • 1.8 Энергия, испускаемая или поглощаемая в прыжках
• 2 Постулата атомной модели Бора
  • 2.1 Первый постулат
  • 2.2 Второй постулат
  • 2.3 Третий постулат
• 3 Диаграмма энергетических уровней для атомов водорода
• 4 3 основных ограничения модели Бора
• 5 Статьи интересов
• 6 Ссылки

Основные характеристики

Характеристики модели Бора важны, потому что они определили путь к разработке более полной атомной модели. Основными из них являются:

Он основан на других моделях и теориях того времени

Модель Бора была первой, в которой использовалась квантовая теория, поддерживаемая атомной моделью Резерфорда, и идеи, взятые из фотоэлектрического эффекта Альберта Эйнштейна. На самом деле 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 энергетических уровнях, которые являются дискретными и которые описаны в квантовых числах.

Энергетическое значение этих уровней существует как функция от числа n, называемого основным квантовым числом, которое можно рассчитать с помощью уравнений, которые будут подробно описаны ниже..

Без энергии нет движения электрона

На рисунке выше показан электрон, который совершает квантовые скачки.

Согласно этой модели, без энергии нет движения электрона с одного уровня на другой, так же как без энергии невозможно поднять предмет, который упал, или отделить два магнита..

Бор предложил квант как энергию, необходимую электрону для перехода с одного уровня на другой. Он также заявил, что самый низкий энергетический уровень, занимаемый электроном, называется «основным состоянием». «Возбужденное состояние» является более нестабильным состоянием, возникающим в результате перехода электрона на орбиту с более высокой энергией.. 

Количество электронов в каждом слое

Электроны, которые помещаются в каждый слой, рассчитываются с 2n² 

Химические элементы, которые являются частью периодической таблицы и находятся в одном столбце, имеют одинаковые электроны в последнем слое. Количество электронов в первых четырех слоях будет 2, 8, 18 и 32.

Электроны вращаются по круговым орбитам без излучающей энергии.

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

Разрешены орбиты

Согласно второму постулату Бора, единственными допустимыми орбитами для электрона являются те, для которых угловой момент L электрона является целым кратным постоянной Планка. Математически это выражается так:

Энергия, испускаемая или поглощаемая в прыжках

Согласно Третьему Постулату, электроны будут излучать или поглощать энергию при прыжках с одной орбиты на другую. При скачке орбиты испускается или поглощается фотон, энергия которого представлена ​​математически:

Постулаты атомной модели Бора

Бор дал преемственность планетарной модели атома, согласно которой электроны вращались вокруг положительно заряженного ядра, а также планет вокруг Солнца..

Однако эта модель бросает вызов одному из постулатов классической физики. В соответствии с этим частица с электрическим зарядом (подобно электрону), которая движется по круговому пути, должна непрерывно терять энергию за счет излучения электромагнитного излучения. Потеряв энергию, электрон должен будет следовать по спирали, пока не упадет в ядро..

Затем Бор предположил, что законы классической физики не являются наиболее подходящими для описания устойчивости, наблюдаемой в атомах, и представил следующие три постулата:

Первый постулат

Электрон вращается вокруг ядра по круговым орбитам, не излучая энергию. На этих орбитах орбитальный момент импульса постоянен.

Для электронов атома разрешены только орбиты определенных радиусов, соответствующих определенным энергетическим уровням.

Второй постулат

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

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

Энергии электронов атома водорода, которые генерируются из вышеприведенного уравнения, являются отрицательными для каждого из значений n. При увеличении n энергия становится менее отрицательной и, следовательно, увеличивается.

Когда n достаточно велико, например, n = ∞, энергия равна нулю и представляет, что электрон освобожден и ионизирован атом. Это состояние с нулевой энергией питает большую энергию, чем состояния с отрицательными энергиями..

Третий постулат

Электрон может переходить со стационарной энергетической орбиты на другую, излучая или поглощая энергию.

Энергия, излучаемая или поглощаемая, будет равна разности энергий между двумя состояниями. Эта энергия E находится в форме фотона и задается следующим уравнением:

Е = ч ν

В этом уравнении E - энергия (поглощенная или излучаемая), h - постоянная Планка (ее значение составляет 6,63 x 10).^-34 джоул-секунды [Дж-с]) и ν - частота света, единица измерения которой равна 1 / с..

Диаграмма энергетических уровней для атомов водорода

Модель Бора смогла удовлетворительно объяснить спектр атома водорода. Например, в диапазоне длин волн видимого света спектр излучения атома водорода имеет следующий вид:

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

Используя первое уравнение и подставив n для 2 и 3, вы получите результаты, которые отображаются на диаграмме.

То есть:

Для n = 2, E₂ = -5,45 х 10^-19 J

Для n = 3, E₃ = -2,42 х 10^-19 J

Затем можно рассчитать разницу энергии для двух уровней:

ΔE = E₃ - Е₂ = (-2,42 - (- 5,45)) х 10 ^{- 19} = 3,43 х 10 ^{- 19} J

Согласно уравнению, объясненному в третьем постулате, ΔE = h ν. Затем вы можете рассчитать ν (частоту света):

ν = ΔE / ч

То есть:

= 3,43 х 10^-19 J / 6,63 x 10^-34 J-ы

= 4,56 х 10¹⁴ s^-1 или 4,56 х 10¹⁴ Гц

Будучи λ = c / ν, а скорость света c = 3 x 10 ⁸ м / с, длина волны определяется как:

λ = 6565 х 10 ^{- 7} м (656,5 нм)

Это значение длины волны красной полосы, наблюдаемой в спектре водородных линий.

3 основных ограничения модели Бора

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

2. Волнообразные свойства электрона не представлены в описании этого как маленькая частица, которая вращается вокруг атомного ядра..

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

Статьи интереса

Атомная модель Шредингера.

Атомная модель Бройля.

Атомная модель Чедвика.

Атомная модель Гейзенберга.

Атомная модель Перрина.

Атомная модель Томсона.

Атомная модель Далтона.

Атомная модель Дирака Джордана.

Атомная модель Демокрита.

ссылки

1. Браун, Т. Л. (2008). Химия: центральная наука. Аппер-Седл-Ривер, 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 от: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Мир химии Филадельфия, Пенсильвания. Издательство Saunders College, стр.76-78..
5. Модельный ряд Боровского дворца гидрогена. Получено с fr.khanacademy.org
6. Излар, К. Ретроспектива сюрреализма: модельный ряд Бор центов. Получено из: home.cern