راهنمای جامع فیزیک/مدل اتمی بور

طیف اتمی

مدل اتمی بور

مفهوم کار

دید کلی

در سال ۱۹۱۳، نیلز بور، نظریه‌ای را برای ساختار الکترونی اتم هیدروژن ارائه کرد که طیف خطی این عنصر را توجیه می‌کرد. غالب پیوندهای میان اتمهای عناصر سبک را می‌توان با به کار گرفتن مدارهای بور توضیح داد. توضیح شکل مولکولها و آرایش اتمها نسبت به یکدیگر با جفت شدن و دفع شدن الکترونها امکانپذیر است.

مدل اتمی بور

نظریه بور

نظریه بور، نکات زیر را در بر می‌گیرد:

الکترون‌ها مانند سیارات که به دور خورشید می‌گردند، در مدارهای معینی به نام تراز به دور هسته می‌گردند. او عبارت ریاضی کلاسیک برای نیرویی که الکترون را در یک خط مستقیم نگاه می‌دارد و نیرویی که الکترون را به درون می‌کشاند معادلاتی به وجود آورد. هر تراز با یک حروف الفبایی (O، N ، M، L ، K ،...) یا یک عدد (۱ ،۲، ۳ ، ۴، ۵ ،...) مشخص می‌شود.

الکترون‌ها در مدار نسبتاً پایدار می‌مانند و در یک اتم معین، انرژی‌های معینی می‌توانند داشته باشند. بنا به نظریه بور، یک الکترون می‌تواند برای مدتی طولانی در یک مدار حرکت کند یا در مداری دیگر به فاصله دورتر برای مدتی طولانی سیر کند ولی نمی‌تواند در زمانی قابل اندازه‌گیری میان دو مدار بماند. بنابر تئوری بور، وقتی یک الکترون از مداری به مدار دیگر برود، انرژی آن به مقدار معینی تغییر می‌کند که آن را یک کوانتوم انرژی می‌گویند.

برای جدا کردن اجسامی که جذب یکدیگر شده‌اند انرژی لازم است. برای جابه جا شدن الکترون از یک تراز انرژی به تراز دیگر مقدار انرژی کاملاً معین و خاصی لازم است. انرژی لازم برای آنکه یک الکترون از هسته دور شود در سیستم به صورت انرژی پتانسیل ذخیره می‌شود. وقتی الکترون‌های یک اتم تا حد امکان به هسته نزدیک باشد اتم در حداقل انرژی که حالت پایه است، قرار گرفته است. اگر اتمها در قوس الکتریکی یا شعله چراغ گاز گرم شوند، انرژی جذب کرده و الکترون به تراز بیرونی‌تری که انرژی بیشتری دارد می‌جهد، اتم در این شرایط در حالت برانگیخته است.

هرگاه الکترون از مدار بالاتر (برانگیخته) به مدار یا تراز یا بیشتر فرو افتد مقدار انرژی معینی از اتم تابش می‌کند که معمولاً این اختلاف انرژی اتم بین دو حالت برانگیخته و پایه به صورت انرژی نوری کوانتوم نور) است.

طیف نمایی بور

بور با این تصور که الکترونها در ترازهای انرژی مربوط به مدارها بالا یا پائین می‌روند و حرکت الکترون میان دو مدار خاص مستلزم کوانتوم معینی انرژی است، توانست علت وجود خط‌های طیف نشری خط روشن هیدروژن را توضیح دهد و نیز طول موج‌های مورد انتظار برای این خطها را حساب کرد. بور با استفاده از خطوط مشاهده پذیر طیف هیدروژن اوضاع درون اتم را برسی کند.

ساختمان اتم با استفاده از مدل بور

دانستیم که مدارها با اعداد صحیح شماره گذاری می‌شوند. عدد ۱ نزدیکترین مدار به هسته است و حداکثر عده الکترونها در یک مدار 2n2 است که n شماره مدار است.

یک قائده کلی برای پیشگویی عده الکترونها این است که مدار خارجی نمی‌تواند بیش از هشت الکترون داشته باشد. نخستین مدار حداکثر می‌تواند دو الکترون داشته باشد که هیدروژن با عدد واقعی یک که الکترون دارد و هلیم در این مدار قرار می‌گیرند.