علوم پایه

مدل اتمی بور – تعریف و محدودیت ها

در راستای تکمیل ارایه نظریه اتمی، دانشمندان زیادی برای توجیه رابطه موجود بین طیف نشری خطی هیدروژن و ساختار اتم نظریه های مختلفی بیان کردند. نیلز بور دانشمند دانمارکی در سال ۱۹۱۳ بعد از ارایه مدل اتمی رادرفورد در راستای تصحیح آن مدل اتمی را مطرح کرد که به مدل اتمی بور معروف است و امروزه این مدل اتمی مورداستفاده و تایید همگان است. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به چگونگی ارایه این نظریه می پردازد.

فهرست مطالب :

فرضیات بور

تعریف مدل اتمی بور

طیف های اتمی و مدل بور

محدودیت های مدل اتمی بور

فرضیات بور :

۱- الکترون ها در مسیر دایره ای شکلی در اطراف هسته که مدار (اوربیتال) نامیده می شود در حال حرکت هستند.

۲- این الکترون ها در اطراف هسته در فاصله های ثابت و معینی که مقادیر انرژی مشخصی دارند می توانند حرکت کنند. به هر کدام از این مقادیر انرژی تراز انرژی می گویند و تا زمانی که الکترون ها در مسیر خودشان حرکت می کنند هیچ تابش انرژی نخواهیم داشت. چندین اوربیتال یک پوسته را تشکیل می دهد.

۳-  پوسته ها و سطوح انرژی در اتم را با اعداد n (عدد کوانتومی اصلی) نشان می دهند که از n = 1 شروع می شود و اعداد صحیحی است.

۴- الکترون ها در حالت پایه در نزدیک ترین تراز انرژی به هسته با کمترین سطح انرژی قرار دارند، اما می توانند با گرفتن انرژی به تراز انرژی بالاتر رفته و برانگیخته شوند. یعنی از تراز انرژی با n کمتر به تراز انرژی با n بیشتر می روند. همچنین الکترون ها چون در حالت برانگیخته ناپایدار هستند با نشر و از دست دادن انرژی به تراز پایه برمی گردد. مقدار این انرژی با اختلاف انرژی دو سطح برابر است. بور با کوانتومی در نظر گرفتن مقدار این انرژی توانست طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند.

۵- همچنین هر کدام از این پوسته ها از چند زیر پوسته تشکیل شده است.

تعریف مدل اتمی بور :

در مدل اتمی رادرفورد بیان شد که هسته ای با بار مثبت در مرکز اتم قرار دارد و بارهای منفی (الکترون ها) در اطراف آن قرار دارند. اما بور با تکمیل این نظریه مدل اتمی خودش را این طور مطرح کرد که اتم از هسته ای با بار الکتریکی مثبت در مرکز تشکیل شده و الکترون ها با بارالکتریکی منفی در ترازهای انرژی ثابتی در اطراف آن در حرکت هستند (مانند حرکت سیارات به دور خورشید). هر کدام از این ترازها که در بالا نیز گفته شد، از تراز n = 1 تا ترازهای بالاتر با حروف الفبایی K, L, M, N, O,… مشخص می شوند. الکترون ها در این مدارها به مدت طولانی می تواند حرکت کند ولی بین دو مدار هرگز نمی تواند باشد. حداکثر تعداد الکترون هایی که می تواند در این ترازهای انرژی قرار بگیرد به ترتیب از تراز n = 1 برابر با ۲، ۸، ۱۸و در تراز چهارم ۳۲ خواهد بود. در کل تعداد این الکترون ها با فرمول کلی ۲n۲ تعیین می شود.

تعریف مدل اتمی بور
تعریف مدل اتمی بور

توجه :

الکترون ها درترازهای دورتر از هسته دارای سطح انرژی بیشتری نسبت به ترازهای انرژی نزدیک هسته هستند. بر اثر انتقال الکترون از سطح انرژی بالاتر به تراز پایین، انرژی به صورت گرما و نور آزاد می شود که وقتی از منشور عبور داده می شود طیف نشری آن مشخص می شود. بور آزمایشات خود را روی اتم های هیدروژن و هلیم انجام داد و دانشمندان دیگری چون پلانک و شرودینگر نظریه های زیادی برای تکمیل این مدل اتمی ارائه دادند که در نهایت به مدل اتمی کوانتومی رسیدند که الان قابل قبول است. مدل اتمی بور برای اتم های سنگین قابل توجیه نبود.

طیف های اتمی و مدل بور :

وقتی اتم در حالت برانگیخته انرژی خود را به صورت نشر نور (فوتون) آزاد می کند به طول موج های نشر شده طیف نشری می گویند که به صورت خطوط طیفی روشن در زمینه ی سیاه ظاهر می شود. برعکس وقتی یک اتم انرژی معادل اختلاف انرژی بین دو تراز را جذب کرده و برانگیخته می شود به این طول موج های جذب شده، طیف جذبی می گویند که به صورت خطوط طیفی تیره در زمینه ی روشن ظاهر می شود. هر خط طیفی نمایشگر یک اختلاف انرژی بین دو سطح انرژی است. هر اتم ترازهای انرژی مخصوصی دارد، پس به دنبال آن می توان گفت هر اتم خط طیف جذبی و نشری مخصوصی دارد.

نکته :

بور با مطالعه طیف نشری هیدروژن (طیف های اتمی خطی هستند) اطلاعات زیادی راجع به ساختار اتم به دست آورد. به هر دسته از خطوط طیفی طیف نشری هیدروژن یک سری گفته می شود. سری های مربوط به طیف نشری اتم هیدروژن به صورت زیر است :

طیف نشری هیدروژن
طیف نشری هیدروژن

سری لیمان :

در طیف نشری اتم هیدروژن خطوط طیفی که مربوط به انتقال الکترون از ترازهای بالاتر (ترازهای بالاتر از تراز اول) به تراز انرژی n = 1 است را سری لیمان (نام دانشمندی که روی این خطوط مطالعه کرده است) می گویند که در ناحیه فرابنفش قرار دارد.

سری بالمر :

به خطوط طیفی که مربوط به انتقال الکترون از ترازهای بالاتر از تراز دوم به تراز n = 2 است را سری بالمر گویند که خط اول آن در ناحیه مرئی و بقیه خط های آن در ناحیه فرابنفش است.

سری پاشن :

به خطوط  طیفی که مربوط به انتقال الکترون از ترازهای بالاتر از تراز سوم به تراز n = 3 است را سری پاشن می گویند که در ناحیه زیر قرمز قرار دارد.

سری براکت و فوند :

همچنین به دسته خطوط طیفی که در آن انتقال الکترون از ترازهای بالاتر از تراز چهارم به n = 4 صورت می گیرد سری براکت و به دسته خطوط طیفی که الکترون از ترازهای بالاتر از تراز پنجم به n = 5 می رود را سری فوند می گویند که هر دوی این سری ها در ناحیه زیر قرمز قرار دارد.

محدودیت های مدل اتمی بور :

۱- اول اینکه این مدل فقط روی هیدروژن قابل توجیه و موفقیت آمیز است و برای اتم های پیچیده تر قابل توضیح نیست.

۲- مدل اتمی بور خطوط اضافه ایجاد شده و علت شدید بودن برخی خطوط در حضور میدان الکترومغناطیسی برای اتم های غیر از هیدروژن را نمی توانست توضیح دهد (اثر زیمان و استارک). یعنی طیف نشری اتم های دیگر را نمی توانست توصیف کند.

۳- در مدل اتمی بور وضعیت و موقعیت مدارها که آیا زاویه دار یا در یک صفحه هستند، مشخص نبود. اما بعدها معلوم شد که چرخش الکترون ها سه بعدی است.

۴- این مدل اتمی با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مطابقت نداشت.

با وجود این محدودیت ها مدل اتمی بور در زمان خود بی نظیر بود و بیشترین کمک را به توجیه ساختار اتم ها کرد و به تدریج با کشف پروتون ها و نوترون ها کامل و کامل تر شد و این مدل به بیان موضوعاتی پرداخت که زمینه ی مکانیک کوانتوم را مهیا کرد.

 

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا