Физика

Бор атомдық моделі


Атом әрдайым ғалымдар ұсынған модельдер арқылы зерттелген. Әрбір модель құбылыстарды түсіндіруде олқылықтар пайда болғанға дейін жарамды болып, тиісті авторлар алған теориялық тұжырымдар мен эксперименттік нәтижелерге негізделген гипотезалар келтірді. Олай болса, зерттеушілер жаңа модельдерді немесе бұрыннан қалыптасқан теорияларға бейімделуді ұсынуы керек.

1911 жылы Эрнест Рутерфорд атомды оң зарядталған орталық ядро ​​және оның айналасында электрондар болатын планетарлық жүйе деп сипаттайтын модель ұсынды. Рутерфордтың моделі маңызды болғанымен, кейбір құбылыстарды дұрыс түсіндіре алмады. Максвелл теориясы бойынша кез-келген жеделдетілген заряд электр энергиясын жоғалтып, электромагниттік сәуле шығаруы керек. Резерфорд атомының электроны дөңгелек орбитаны сипаттағандықтан және центрапетикалық үдеу болғандықтан, ол энергия деңгейін төмендетіп, радиацияны үнемі шығарып отыруы керек. Осылайша, ол атомдардың электросфералары тұрақты болғандықтан, пайда болмаған ядроға түскенге дейін спиральды жолды сипаттауы керек.

Сонымен қатар, Резерфордтың моделіне қатысты тағы бір проблема бар. Максвеллдің айтуы бойынша электрон шығаратын сәуле қозғалыс жиілігіне тең. Сонымен, электрон қозғалысының жиілігі ядроға үздіксіз өзгеріп отыратындықтан, электрон сонымен қатар әр түрлі жиіліктегі сәулеленуді үнемі шығарып отыруы керек. Алайда, атом шығаратын сәуле тұрақты спектрге ие денеден шығарылған жылу сәулесінен айырмашылығы белгілі бір мәндердің жиіліктеріне ғана ие болуы керек.

Осы сәйкессіздіктерге байланысты Нильс Бор кванттық идеяларға негізделген жаңа теорияны жасады. Бор атомның электросферасы тұрақты болуы үшін бұл атомның электрондары белгілі энергия деңгейлерін қабылдауы керек деп атады тұрақты күйлер немесе квант, олардың әрқайсысы белгілі бір энергияға сәйкес келеді. Ол атомның тұрақты күйде ешқандай сәуле шығармайтындығын, сондықтан оның электросферасы тұрақты болып қалғанын алға тартты.

Келесі жылы Густав Герц пен Джеймс Франк тұрақты мемлекеттердің барын растады. Электр энергиясы ең төмен деңгейде болатын тұрақты күй деп аталады жер жағдайы; басқа рұқсат етілген күйлер аталады қозған күйлер. Бұл дегеніміз, тек құрлықтағы жағдайға және басқа қозған күйлерге жол беріледі - кез келген басқа мемлекеттерге тыйым салынады.

Бір электроннан тұратын сутектің нақты жағдайын қарастыра отырып, энергия деңгейлерін төмендегі өрнек арқылы алуға болады:

Қайда негізгі кванттық сан n (= 1, 2, 3…) және E әрпімен таңбаланғанжоқ әр кванттық санға сәйкес келетін энергия.

Маңыздысы, n = 1 жердің энергиясына сәйкес келеді. Сонымен қатар, энергетикалық мәндер теріс болады, яғни электрон сол деңгейге жету үшін энергия алуы керек, сол кезде ядромен әрекеттеспеуі немесе атоммен байланысын жоғалтуы мүмкін.

Бор сонымен қатар әр тұрақты күйден екінші күйге ауысқан әрбір атом сол күйлерге сәйкес келетін энергиялардың айырмашылығына тең кванттық энергия шығарады немесе сіңіреді деп тұжырымдады. Бұл нәтижені классикалық электромагниттік теориямен түсіндіруге болмайды, өйткені оған сәйкес шығарылатын сәулелену жиілігі электрондардың қозғалыс жиілігімен байланысты. Бүгін біз бұл дұрыс емес екенін білеміз, өйткені шығарылған сәулеленудің жиілігі тек бастапқы және соңғы күйлер арасындағы энергия айырмашылығына қатысты.

Бордың айтуы бойынша электрондар тартылған күштің әсерінен оң ядро ​​айналасындағы шеңберлерді сипаттайды. Кулон заңы бұл жағдайда центрипетальды қозғалыс күші. Осы траекториялардың радиусы белгілі бір анықталған шамаларды ғана қабылдай алады. Мысалы, сутегі үшін сәулелердің рұқсат етілген мәндері төмендегі өрнекпен берілген:

Қайда:

n = квант саны (n = 1, 2, 3…);

ржоқ = кванттық санға сәйкес келетін орбитаның радиусы;

р1 = жердің энергетикалық күйіне сәйкес келетін радиус, ол:

Қайда:

h = Планк тұрақтысы (h = 6.63x10)-34J с);

K = электростатикалық вакуум тұрақты (K = 9x10)9 Nm² / C²);

Z = химиялық элементтің атомдық саны;

e = электронды заряд (K = 1.6x10)-19 C);

m = электронның массасы (e = 9.1 x10-31 кг).