Bohr-model van het atoom uitgelegd

Het Bohr-model heeft een atoom dat bestaat uit een kleine, positief geladen kern die rond negatief geladen elektronen draait. Hier is een nadere beschouwing van het Bohr-model, dat soms het Rutherford-Bohr-model wordt genoemd.

Overzicht van het Bohr-model

Niels Bohr stelde in 1915 het Bohr-model van de Atom voor. Omdat het Bohr-model een aanpassing van het eerdere Rutherford-model is, noemen sommige mensen het model van Bohr het Rutherford-Bohr-model. Het moderne atoommodel is gebaseerd op kwantummechanica. Het Bohr-model bevat enkele fouten, maar het is belangrijk omdat het de meeste geaccepteerde kenmerken van de atomaire theorie beschrijft zonder alle wiskunde op hoog niveau van de moderne versie. In tegenstelling tot eerdere modellen verklaart het Bohr-model de Rydberg-formule voor de spectrale emissielijnen van atomaire waterstof.

Het Bohr-model is een planetair model waarin de negatief geladen elektronen in een baan rond een kleine, positief geladen kern lijken op de planeten die rond de zon draaien (behalve dat de banen niet vlak zijn). De zwaartekracht van het zonnestelsel is wiskundig verwant aan de Coulomb (elektrische) kracht tussen de positief geladen kern en de negatief geladen elektronen.

Hoofdpunten van het Bohr-model

• Elektronen cirkelen rond de kern in banen met een ingestelde grootte en energie.
• De energie van de baan hangt samen met zijn grootte. De laagste energie bevindt zich in de kleinste baan.
• Straling wordt geabsorbeerd of uitgezonden wanneer een elektron van de ene baan naar de andere beweegt.

Bohr-waterstofmodel

Het eenvoudigste voorbeeld van het Bohr-model is voor het waterstofatoom (Z = 1) of voor een waterstofachtig ion (Z> 1), waarin een negatief geladen elektron rond een kleine positief geladen kern draait. Elektromagnetische energie wordt geabsorbeerd of uitgestoten als een elektron van de ene baan naar de andere beweegt. Alleen bepaalde elektronenbanen zijn toegestaan. De straal van de mogelijke banen neemt toe met n², waarbij n het belangrijkste kwantumnummer is. De overgang van 3 naar 2 produceert de eerste regel van de Balmer-serie. Voor waterstof (Z = 1) produceert dit een foton met een golflengte van 656 nm (rood licht).

Bohr-model voor zwaardere atomen

Zwaardere atomen bevatten meer protonen in de kern dan het waterstofatoom. Meer elektronen waren nodig om de positieve lading van al deze protonen op te heffen. Bohr geloofde dat elke elektronenbaan slechts een bepaald aantal elektronen kon bevatten. Zodra het niveau vol was, zouden extra elektronen naar het volgende niveau worden gestoten. Zo beschrijft het Bohr-model voor zwaardere atomen elektronenschillen. Het model verklaarde enkele atomaire eigenschappen van zwaardere atomen, die nog nooit eerder waren gereproduceerd. Het schaalmodel legde bijvoorbeeld uit waarom atomen kleiner werden over een periode (rij) van het periodiek systeem, hoewel ze meer protonen en elektronen hadden. Het legde ook uit waarom de edelgassen inert waren en waarom atomen aan de linkerkant van het periodiek systeem elektronen aantrekken, terwijl die aan de rechterkant ze verliezen. Het model ging er echter van uit dat elektronen in de schalen geen interactie met elkaar hadden en kon niet verklaren waarom elektronen op een onregelmatige manier leken te stapelen.

Problemen met het Bohr-model

• Het is in strijd met het Heisenberg-onzekerheidsprincipe omdat elektronen zowel een bekende straal als een baan hebben.
• Het Bohr-model biedt een onjuiste waarde voor het grondmomentaalmomentum.
• Het doet slechte voorspellingen met betrekking tot de spectra van grotere atomen.
• Het voorspelt niet de relatieve intensiteiten van spectrale lijnen.
• Het Bohr-model verklaart geen fijne structuur en hyperfijne structuur in spectrale lijnen.
• Het verklaart het Zeeman-effect niet.

Verfijningen en verbeteringen aan het Bohr-model

De meest prominente verfijning van het Bohr-model was het Sommerfeld-model, dat soms het Bohr-Sommerfeld-model wordt genoemd. In dit model bewegen elektronen in elliptische banen rond de kern in plaats van in cirkelvormige banen. Het Sommerfeld-model was beter in het verklaren van atomaire spectrale effecten, zoals het Stark-effect bij het splitsen van spectrale lijnen. Het model kon het magnetische kwantumnummer echter niet bevatten.

Uiteindelijk werden het Bohr-model en de daarop gebaseerde modellen in 1925 vervangen door het model van Wolfgang Pauli op basis van de kwantummechanica. Dat model werd verbeterd om het moderne model te produceren, geïntroduceerd door Erwin Schrodinger in 1926. Vandaag wordt het gedrag van het waterstofatoom uitgelegd met behulp van golfmechanica om atomaire orbitalen te beschrijven.

bronnen

• Lakhtakia, Akhlesh; Salpeter, Edwin E. (1996). "Modellen en Modelers van waterstof". American Journal of Physics. 65 (9): 933. Bibcode: 1997AmJPh… 65… 933L. doi: 10,1119 / 1,18691
• Linus Carl Pauling (1970). "Hoofdstuk 5-1". Algemene scheikunde (3e editie). San Francisco: W.H. Freeman & Co. ISBN 0-486-65622-5.
• Niels Bohr (1913). "Over de samenstelling van atomen en moleculen, deel I" (PDF). Filosofisch tijdschrift. 26 (151): 1-24. doi: 10,1080 / 14786441308634955
• Niels Bohr (1914). "De spectra van helium en waterstof". Natuur. 92 (2295): 231-232. doi: 10.1038 / 092231d0