Model Bahra

Model Bohra budowy atomu wodoru . Dzięki rozwojowi fizyki współczesnej naukowcy mogą dziś nie tylko badać atomy i cząsteczek oraz oglądać je za pomocą specjalnych mikroskopów , ale także znajdować dla nich zastosowanie praktyczne . Istnienie atomów (rozumianych oczywiście inaczej niż teraz) postulował już Demokryt z Abdery, jeden z najwybitniejszych starożytnych filozofów greckich. Budowa atomu pozostała jednak tajemnicą aż do początku XX wieku. Sądzono wówczas , że atomy to elektrycznie obojętne , niewyobrażalnie małe kulki , w których ujemne elektrony tkwią jak rodzynki w ciescie o dodatnim , równomiernie rozłożonym ładunku . Dopiero w 1911 roku angielski fizyk Ernest Rutherford wykonał doświadczenia, których zaskakujące wyniki można było wytłumaczyć , przyjmując założenie , że atom ma jądro atomowe o dodatnim ładunku , bardzo niewielkiej objętości i masie prawie równej masie całego atomu . Elektrony o łącznym ładunku kompensującym dodatni ładunek jądra znajdują się w pozostałej objętości atomu . W uzmysłowieniu sobie proporcji rozmiarów atomu i jądra atomowego może pomóc ci porównanie atomu do kuli o średnicy 100 m , a jądro do kuleczki średnicy 1 mm w jej środku. Zauważ , ze średnica jadra jest około 1000000 razy większa od średnicy atomu , więc objętość jądra jest około 10*15 razy większa od objętości atomu. W 1913 roku duński fizyk Niels Bohr , korzystając z wyników doświadczenia Rutherforda , zaproponował model atomu wodoru. W modelu tym elektron krąży wokół jądra (protonu) ruchem jednostajnym po orbicie w kształcie okręgów. Działająca na elektron siła przyciągania elektrostatycznego (której źródłem jest jądro atomu)odgrywa rolę siły dośrodkowej. Tworząc model atomu . Bohr przyjął dodatkowe założenia , zwane postulatami Bohra , dotyczące orbit elektronu i jego energii. Elektron krążący po orbicie oddziałuje elektrostatycznie z jadrem atomu siłą przyciągania . Z tym oddziaływaniem związana jest ujemna energia (potencjalna energia elektrostatyczna)Całkowita energia elektronu w atomie wodoru jest zatem sumą dwóch rodzajów energii : * dodatniej energii kinetycznej związanej z ruchem elektrycznym po orbicie, * ujemnej energii związanej z elektrostatycznym przyciąganiem elektronów z jądrem. Wkład , który ta ujemna wnosi do całkowitej energii , powoduje , że całkowita energia elektronu w atomie wodoru jest ujemna , co oznacza , że elektron w atomie jest związany . Zastanówmy się teraz jak zmienia się energia elektronu , gdy znajduje się ona na coraz bardziej oddalonych od jąder orbitach atomu wodoru . Porównując liczby ujemne lub ujemne wielkości fizyczne , musimy pamiętać , ze większa jest ta , której bezwzględna wartość jest mniejsza . Zatem energie elektronu spełnia nierówność E1<E2<E3<E4… Tak więc im dalej od jadra każdy elektron , tym jego energia jest większa . Gdy elektron znajduje się na pierwszej orbicie , atom jest w stanie podstawowym . Jeśli natomiast elektron porusz się po orbicie lezącej dalej od jądra , atom jest w wstanie wzbudzonym . W atomie w stanie wzbudzonym elektron ma większa energię niż atom w stanie podstawowym , więc mówimy , ze znajduje się na wyższym poziomie energetycznym .Na podstawie modelu Bohra można wyjaśnić , dlaczego widmo atomu wodoru jest widmem liniowym . W pobudzeniu do świecenia gazie znajdują się atomy w stanie wzbudzonym. Podczas powrotu atomów do stanu podstawowego następuje emisja fotonów o ściśle określonej energii . Promieniowanie towarzyszące przeskokom elektronów w tych atomach z dalszych orbit na orbity znajdujące się bliżej jądra ma więcej ściśle określoną częstotliwość i długość fali . Widmo takiego promieniowania jest liniowe . Każdej linii w widmie odpowiadają wyemitowane przez atomy pierwiastka fotonów o ściśle określonej energii . Linie widmowe tworzą serie. Linie danej serii odpowiadają przeskokom elektronów w atomach z dalszych orbit na bliższe jądru orbity o takim samym promieniu (czyli o takim samym numerze). Wyniki eksperymentów , w których zmierzono długość fal wysyłanych przez pobudzone do świecenia atomy wodoru , zgadzają się z wynikami obliczeń wykonanych na podstawie wzorców wynikających z modelu Bohra.