مدل بور – مفاهیم اصلی:

در این آموزش، می‌آموزید که مدل بور چیست، چگونه نسبت به مدل‌های قبلی اتم بهبود یافته است و چه مشکلاتی در نمودار بور وجود دارد.

مدل اتمی بور چیست؟

مدل بور یک مدل ساختاری از یک اتم است. این مدل توسط فیزیکدان نیلز بور در سال 1913 ارائه شد. در این مدل، الکترون ها در مدارهای دایره ای متمایز یا پوسته ها به دور هسته یک اتم حرکت می کنند. از این مدل به عنوان مدل سیاره ای اتم نیز یاد می شود.

الکترون‌ها به دور هسته می‌چرخند، مانند چرخش سیارات به دور خورشید. سیارات توسط نیروی گرانشی در مدار خود نگه داشته می شوند و الکترون ها توسط نیروی الکترواستاتیک یا کولن بین الکترون ها و پروتون ها در مدار خود نگه داشته می شوند. در این مدل اتمی، همه الکترون ها باید در یک پوسته گسسته وجود داشته باشند و نمی توانند بین لایه ها باشند.

هر پوسته دارای سطح انرژی خاصی است و الکترون ها نمی توانند خارج از این مدارها وجود داشته باشند. هر چه پوسته به هسته نزدیکتر باشد، انرژی آن پوسته کمتر است. برای اینکه یک الکترون به پوسته دیگری حرکت کند باید انرژی را جذب یا آزاد کند. مقدار انرژی جذب شده یا ساطع شده به تفاوت انرژی بین پوسته ها بستگی دارد.

انتشار انرژی

هنگامی که الکترون از یک لایه بزرگتر با انرژی بالاتر به یک لایه با انرژی کمتر کوچکتر حرکت می کند، انرژی آزاد می کند. انرژی به شکل نور آزاد می شود. این مراحل انرژی گسسته همان چیزی است که باعث ایجاد طیف خط اتمی می شود، مانند آنچه در زیر برای هیدروژن مشاهده می شود.

فقط نور با انرژی (یا رنگ) خاص آزاد می شود که با خطوط تیز دیده شده در طیف ها نشان داده می شود، نه همه رنگ های نور. به عنوان مثال، خط قرمز با حرکت الکترون از پوسته 2 به پوسته 1 ایجاد می شود. و خط آبی می تواند توسط الکترونی در حال حرکت از پوسته 3 به پوسته 2 ایجاد شود. هر تغییر مدار دارای یک تفاوت انرژی منحصر به فرد است.

طیف خط اتمی هیدروژن (از ویکی پدیا کامانز)

بهبود از مدل های قبلی

مدل بور جایگزین مدل های قبلی مانند مدل پودینگ آلو (توسط جی جی تامسون در سال 1904)، مدل زحلی (توسط هانتارو ناگائوکا در سال 1904) و مدل رادرفورد (توسط ارنست رادرفورد در سال 1911) شد.

مدل بور با مدل قبلی (مدل رادرفورد) متفاوت است، زیرا الکترون‌ها فقط می‌توانند در شعاع یا انرژی خاصی بچرخند. این اولین مدل اتمی است که مراحل انرژی کوانتیزه یا گسسته را به حساب می آورد. هیچ مدل دیگری قبلاً این کار را انجام نداده بود و گام بزرگی به سوی توسعه مکانیک کوانتومی بود.

با استفاده از مدل بور از اتم، طیف خط اتمی که قبلاً برای هیدروژن مشاهده شده بود را می توان توضیح داد. مدل های قبلی قادر به توضیح این طیف نبودند.

مدل هیدروژن بور

مدل بور هیدروژن تنها مدلی است که تمام انرژی های الکترون را به دقت پیش بینی می کند. هنگامی که بیش از یک الکترون وجود دارد، مدل به طور دقیق انرژی ها را پیش بینی نمی کند. یون‌های دیگری که یک الکترون نیز دارند نیز می‌توانند با دقت توضیح داده شوند (به عنوان مثال، He⁺). وقتی بیش از یک الکترون برهمکنش بین هسته و الکترون ها وجود داشته باشد برای مدل بور بسیار پیچیده می شود.

مشکلات با مدل بور

1. مدل اتمی بور نمی تواند به طور دقیق اتم های بزرگتر را توصیف کند. طیف گسیلی اتم هایی با بیش از یک الکترون قابل توضیح نیست.
2. مدل اتمی نمی تواند شدت خط های مختلف در طیف های انتشار را توضیح دهد.
3. مدل بور تغییراتی را که در طیف‌های گسیلی در زمان وجود میدان مغناطیسی مشاهده می‌شود (معروف به اثر زیمن) توصیف نمی‌کند.
4. با آنچه دانشمندان بعداً متوجه شدند که الکترون می تواند هم موج و هم ذره باشد، مطابقت ندارد.

مدل اتمی بور حقایق جالب

1. به نیلز بور اعطا شد جایزه نوبل فیزیک در سال 1922 برای کارش در مورد بررسی ساختار یک اتم
2. نیلز بور در سال‌های پایانی زندگی خود از باز بودن بین کشورها در توسعه سلاح‌های اتمی دفاع کرد.
3. نیلز بور به نجات و ایجاد شغل برای دانشمندانی که در دوران رژیم نازی از آلمان فرار می کردند، با دادن پست هایی در موسسه فیزیک نظری که او اداره می کرد و کمک به آنها برای دریافت روادید به کشورهای دیگر کمک کرد.
4. مدل بور مدلی است که اغلب هنگام ترسیم اتم به تصویر کشیده می شود.