- 주요 특징
- 다른 모델과 당시의 이론에 의해 뒷받침됩니다.
- 실험적 증거
- 전자는 에너지 수준에 존재합니다.
- 에너지가 없으면 전자의 움직임이 없습니다
- 각 껍질의 전자 수
- 전자는 에너지를 방출하지 않고 원형 궤도로 회전합니다.
- 허용되는 궤도
- 점프에서 방출되거나 흡수되는 에너지
- 보어의 원자 모델은
- 첫 번째 가정
- 두 번째 가정
- 세 번째 가정
- 수소 원자에 대한 에너지 레벨 다이어그램
- Bohr 모델의 3 가지 주요 한계
- 관심 기사
- 참고 문헌
보어 원자 모델 덴마크 물리학 Neils 보어 (1885년에서 1962년까지)에 의해 제안 된 원자의 표현이다. 이 모델은 전자가 원자핵 주변의 고정 된 거리에서 궤도를 따라 이동하며 균일 한 원 운동을 설명한다는 것을 입증합니다. 궤도 (또는 에너지 수준)는 에너지 수준이 다릅니다.
전자가 궤도를 바꿀 때마다 "양자"라고하는 고정 된 양의 에너지를 방출하거나 흡수합니다. 보어는 수소 원자가 방출하거나 흡수하는 빛의 스펙트럼을 설명했습니다. 전자가 핵을 향해 한 궤도에서 다른 궤도로 이동할 때 에너지가 손실되고 빛이 고유 한 파장과 에너지로 방출됩니다.
출처 : wikimedia.org. 저자 : Sharon Bewick, Adrignola. 보어의 원자 모델 그림. 양성자, 궤도 및 전자.
보어는 전자가 핵에 가까울수록 에너지 상태가 낮아진다는 점을 고려하여 전자의 에너지 수준을 세었습니다. 따라서 전자가 핵에서 멀어 질수록 에너지 수준의 수가 커지고 에너지 상태가 커집니다.
주요 특징
Bohr 모델 기능은보다 완전한 원자 모델의 개발 경로를 결정했기 때문에 중요합니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.
다른 모델과 당시의 이론에 의해 뒷받침됩니다.
Bohr의 모델은 Rutherford의 원자 모델과 Albert Einstein의 광전 효과에서 가져온 아이디어를 기반으로 양자 이론을 통합 한 최초의 모델입니다. 사실 아인슈타인과 보어는 친구였습니다.
실험적 증거
이 모델에 따르면 원자는 전자가 허용 된 궤도 사이를 이동할 때만 방사선을 흡수하거나 방출합니다. 독일의 물리학자인 James Franck와 Gustav Hertz는 1914 년에 이들 주에 대한 실험적 증거를 얻었습니다.
전자는 에너지 수준에 존재합니다.
전자는 핵을 둘러싸고 특정 에너지 수준에서 존재하며, 이산 적이며 양자 수로 설명됩니다.
이러한 수준의 에너지 값은 주 양자 수라고하는 숫자 n의 함수로 존재하며 나중에 자세히 설명 할 방정식으로 계산할 수 있습니다.
에너지가 없으면 전자의 움직임이 없습니다
출처 : wikimedia.org. 저자 : Kurzon
위 그림은 양자 도약을 만드는 전자를 보여줍니다.
이 모델에 따르면 에너지 없이는 전자가 한 수준에서 다른 수준으로 이동하지 않습니다. 에너지 없이는 떨어진 물체를 들어 올리거나 두 개의 자석을 분리 할 수 없습니다.
보어는 전자가 한 수준에서 다른 수준으로 전달하는 데 필요한 에너지로 양자를 제안했습니다. 그는 또한 전자가 차지하는 가장 낮은 에너지 수준을 "접지 상태"라고합니다. "여기 상태"는 더 불안정한 상태로, 전자가 더 높은 에너지 궤도로 통과 한 결과입니다.
각 껍질의 전자 수
각 껍질에 맞는 전자는 2n 2 로 계산됩니다.
주기율표의 일부이고 동일한 열에있는 화학 원소는 마지막 껍질에서 동일한 전자를가집니다. 처음 4 개의 레이어에있는 엘 크론의 수는 2, 8, 18 및 32입니다.
전자는 에너지를 방출하지 않고 원형 궤도로 회전합니다.
Bohr의 First Postulate에 따르면 전자는 에너지를 방출하지 않고 원자핵 주위의 원형 궤도를 설명합니다.
허용되는 궤도
보어의 두 번째 가정에 따르면, 전자에 허용되는 유일한 궤도는 전자의 각운동량 L이 플랑크 상수의 정수배 인 궤도입니다. 수학적으로 다음과 같이 표현됩니다.
점프에서 방출되거나 흡수되는 에너지
세 번째 가정에 따르면 전자는 한 궤도에서 다른 궤도로 점프 할 때 에너지를 방출하거나 흡수합니다. 궤도 점프에서 광자는 방출되거나 흡수되며 에너지는 수학적으로 표현됩니다.
보어의 원자 모델은
보어는 원자의 행성 모델을 계속했고, 그에 따라 전자는 태양 주위의 행성과 마찬가지로 양전하를 띤 핵 주위를 회전했습니다.
그러나이 모델은 고전 물리학의 가정 중 하나에 도전합니다. 이에 따르면, 전자와 같은 전하를 가진 입자가 원형 경로를 따라 이동하면 전자기 복사를 방출하여 지속적으로 에너지를 잃게됩니다. 에너지를 잃을 때 전자는 핵 속으로 떨어질 때까지 나선형을 따라야합니다.
그런 다음 보어는 고전 물리학의 법칙이 원자의 관찰 된 안정성을 설명하는 데 가장 적합하지 않다고 가정하고 다음 세 가지 가정을 제시했습니다.
첫 번째 가정
전자는 에너지를 방출하지 않고 원을 그리는 궤도에서 핵 주위를 돌고 있습니다. 이 궤도에서 궤도 각운동량은 일정합니다.
원자의 전자의 경우 정의 된 특정 에너지 수준에 해당하는 특정 반경의 궤도 만 허용됩니다.
두 번째 가정
모든 궤도가 가능한 것은 아닙니다. 그러나 일단 전자가 허용되는 궤도에 있으면, 그것은 비정상적이고 일정한 에너지 상태에 있으며 에너지를 방출하지 않습니다 (정지 에너지 궤도).
예를 들어, 수소 원자에서 전자에 허용되는 에너지는 다음 방정식으로 주어집니다.
이 방정식에서 값 -2.18 x 10 –18 은 수소 원자에 대한 Rydberg 상수이고 n = 양자 수는 1에서 ∞까지의 값을 가질 수 있습니다.
이전 방정식에서 생성 된 수소 원자의 전자 에너지는 n의 각 값에 대해 음수입니다. n이 증가함에 따라 에너지는 덜 음수이므로 증가합니다.
n이 충분히 클 때 (예 : n = ∞) 에너지는 0이고 전자가 방출되고 원자가 이온화되었음을 나타냅니다. 이 제로 에너지 상태는 부정적인 에너지 상태보다 높은 에너지를 보유합니다.
세 번째 가정
전자는 에너지의 방출 또는 흡수에 의해 하나의 고정 에너지 궤도에서 다른 궤도로 변할 수 있습니다.
방출되거나 흡수되는 에너지는 두 상태 간의 에너지 차이와 같습니다. 이 에너지 E는 광자의 형태이며 다음 방정식으로 제공됩니다.
E = h ν
이 방정식에서 E는 에너지 (흡수 또는 방출), h는 플랑크 상수 (값은 6.63 x 10 -34 joule-seconds)이며 ν는 단위가 1 / s 인 빛의 주파수입니다. .
수소 원자에 대한 에너지 레벨 다이어그램
보어 모델은 수소 원자의 스펙트럼을 만족스럽게 설명 할 수있었습니다. 예를 들어 가시광 선의 파장 범위에서 수소 원자의 방출 스펙트럼은 다음과 같습니다.
관찰 된 일부 광 대역의 주파수를 계산하는 방법을 살펴 보겠습니다. 예를 들어 빨간색입니다.
첫 번째 방정식을 사용하고 n에 2와 3을 대입하면 다이어그램에 표시된 결과가 얻어집니다.
즉 말하자면:
n = 2 인 경우 E 2 = -5.45 x 10 -19 J
n = 3 인 경우 E 3 = -2.42 x 10 -19 J
그런 다음 두 수준에 대한 에너지 차이를 계산할 수 있습니다.
ΔE = E (3) - E (2) = (-2.42 - (- 5.45)) × 10 - 19 = 3.43 × 10 - 19 J을
세 번째 가정에서 설명한 방정식에 따르면 ΔE = h ν입니다. 따라서 ν (빛의 주파수)를 계산할 수 있습니다.
ν = ΔE / h
즉 말하자면:
ν = 3.43 x 10 –19 J / 6.63 x 10 -34 Js
ν = 4.56 × 10 개 14 (S) -1 또는 4.56 × 10 14 Hz에서
λ = c / ν이고 빛의 속도 c = 3 x 10 8 m / s이면 파장은 다음과 같이 지정됩니다.
λ = 6.565 × 10 - 7 M (656.5 ㎚)
이것은 수소 라인 스펙트럼에서 관찰 된 적색 밴드의 파장 값입니다.
Bohr 모델의 3 가지 주요 한계
1- 그것은 수소 원자의 스펙트럼에는 적응하지만 다른 원자의 스펙트럼에는 적응하지 않습니다.
2- 전자의 파동 특성은 원자핵 주위를 회전하는 작은 입자로 설명되지 않습니다.
3- Bohr는 왜 고전 전자기학이 그의 모델에 적용되지 않는지 설명 할 수 없습니다. 즉, 전자가 정지 궤도에있을 때 전자기 복사를 방출하지 않는 이유입니다.
관심 기사
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Sommerfeld 원자 모델.
참고 문헌
- 브라운, TL (2008). 화학 : 중앙 과학. 뉴저지 주 새들 리버 어퍼 : 피어슨 프렌 티스 홀
- Eisberg, R. 및 Resnick, R. (2009). 원자, 분자, 고체, 핵 및 입자의 양자 물리학. 뉴욕 : 와일리
- 보어-솜머 펠트 원자 모델. 출처 : fisquiweb.es
- Joesten, M. (1991). 화학의 세계. Philadelphia, Pa. : Saunders College Publishing, pp. 76-78.
- Bohr de l' atome d' hydrogène 모델. fr.khanacademy.org에서 복구
- Izlar, K. Rétrospective sur l' atome : le modèle de Bohr a cent ans. 출처 : home.cern