Sa mahabang panahon, ang istruktura ng atom ay isang pinagtatalunang paksa sa mga physicist, hanggang sa lumitaw ang isang modelong nilikha ng Danish na siyentipiko na si Niels Bohr. Hindi siya ang unang sumubok na ilarawan ang paggalaw ng mga subatomic na particle, ngunit ang kanyang mga pag-unlad ang naging posible na lumikha ng pare-parehong teorya na may kakayahang hulaan ang lokasyon ng elementary particle sa isang pagkakataon o iba pa.
Datas sa buhay
Si Niels Bohr ay ipinanganak noong Oktubre 7, 1885 sa Copenhagen at namatay doon noong Nobyembre 18, 1962. Siya ay itinuturing na isa sa mga pinakadakilang physicist, at hindi nakakagulat: ito ay siya na pinamamahalaang bumuo ng isang pare-parehong modelo ng hydrogen-tulad ng mga atomo. Ayon sa alamat, nakita niya sa isang panaginip kung paano umikot ang isang bagay tulad ng mga planeta sa isang tiyak na maliwanag na rarefied center. Ang system na ito ay lumiit nang husto sa microscopic size.
Mula noon, si Bohr ay naghahanap ng paraan upang maisalin ang pangarap sa mga formula at talahanayan. Sa pamamagitan ng maingat na pag-aaral ng modernong panitikan sa pisika, pag-eksperimento sa laboratoryo at pag-iisip, nagawa niyang makamit ang kanyangmga layunin. Kahit ang congenital shyness ay hindi naging hadlang sa kanyang pag-publish ng mga resulta: nahihiya siyang magsalita sa harap ng maraming audience, nagsimula siyang malito, at walang naintindihan ang audience sa mga paliwanag ng scientist.
Precursors
Bago ang Bohr, sinubukan ng mga siyentipiko na lumikha ng isang modelo ng atom batay sa mga postulate ng klasikal na pisika. Ang pinakamatagumpay na pagtatangka ay kay Ernest Rutherford. Bilang isang resulta ng maraming mga eksperimento, siya ay dumating sa konklusyon tungkol sa pagkakaroon ng isang napakalaking atomic nucleus, sa paligid kung saan ang mga electron ay gumagalaw sa mga orbit. Dahil sa graphically tulad ng isang modelo ay katulad ng istraktura ng solar system, ang pangalan ng planeta ay pinalakas sa likod nito.
Ngunit ito ay may malaking sagabal: ang atom na tumutugma sa mga equation ng Rutherford ay naging hindi matatag. Maaga o huli, ang mga electron, na gumagalaw nang may bilis sa mga orbit sa paligid ng nucleus, ay kailangang mahulog sa nucleus, at ang kanilang enerhiya ay gugugol sa electromagnetic radiation. Para kay Bohr, ang modelong Rutherford ang naging panimulang punto sa pagbuo ng sarili niyang teorya.
unang postulate ni Bohr
Ang pangunahing inobasyon ni Bohr ay ang pagtanggi sa paggamit ng klasikal na Newtonian physics sa pagbuo ng teorya ng atom. Nang mapag-aralan ang data na nakuha sa laboratoryo, napagpasyahan niya na ang isang mahalagang batas ng electrodynamics bilang pare-parehong pinabilis na paggalaw na walang radiation ng alon ay hindi gumagana sa mundo ng elementarya na mga particle.
Ang resulta ng kanyang pagmumuni-muni ay isang batas na parang ganito: ang atomic system ay matatag lamang kung ito ay nasa isa sa mga posibleng nakatigil(quantum) na mga estado, na ang bawat isa ay tumutugma sa isang tiyak na enerhiya. Ang kahulugan ng batas na ito, kung hindi man ay tinatawag na postulate ng quantum states, ay ang pagkilala sa kawalan ng electromagnetic radiation kapag ang isang atom ay nasa ganoong estado. Gayundin, ang kahihinatnan ng unang postulate ay ang pagkilala sa pagkakaroon ng mga antas ng enerhiya sa atom.
Panuntunan sa dalas
Gayunpaman, malinaw na ang isang atom ay hindi palaging nasa parehong quantum state, dahil tinatanggihan ng katatagan ang anumang pakikipag-ugnayan, na nangangahulugan na walang Uniberso o paggalaw sa loob nito. Ang maliwanag na kontradiksyon ay nalutas ng pangalawang postulate ng atomic structure model ni Bohr, na kilala bilang frequency rule. Nagagawa ng isang atom na lumipat mula sa isang quantum state patungo sa isa pa na may katumbas na pagbabago sa enerhiya, naglalabas o sumisipsip ng isang quantum, na ang enerhiya ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga energies ng mga nakatigil na estado.
Ang pangalawang postulate ay sumasalungat din sa klasikal na electrodynamics. Ayon sa teorya ni Maxwell, ang kalikasan ng paggalaw ng isang electron ay hindi makakaapekto sa dalas ng radiation nito.
Atom spectrum
Ang quantum model ni Bohr ay naging posible sa pamamagitan ng maingat na pag-aaral ng spectrum ng atom. Sa loob ng mahabang panahon, napahiya ang mga siyentipiko na sa halip na ang inaasahang tuluy-tuloy na rehiyon ng kulay na nakuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng spectra ng mga celestial body, ang spectrogram ng atom ay hindi natuloy. Ang mga linya ng maliwanag na kulay ay hindi dumaloy sa isa't isa, ngunit pinaghihiwalay ng mga kahanga-hangang madilim na lugar.
Teorya ng paglipat ng electron mula sa isang estadong quantum patungo saipinaliwanag ng isa pa ang kakaibang ito. Kapag ang isang elektron ay lumipat mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa, kung saan mas kaunting enerhiya ang kinakailangan dito, naglalabas ito ng isang quantum, na makikita sa spectrogram. Agad na ipinakita ng teorya ni Bohr ang kakayahang hulaan ang mga karagdagang pagbabago sa spectra ng mga simpleng atom tulad ng hydrogen.
Flaws
Ang teorya ni Bohr ay hindi ganap na nasira sa klasikal na pisika. Napanatili pa rin niya ang ideya ng orbital motion ng mga electron sa electromagnetic field ng nucleus. Ang ideya ng quantization sa panahon ng paglipat mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa ay matagumpay na umakma sa planetary model, ngunit hindi pa rin nalutas ang lahat ng mga kontradiksyon.
Bagaman sa liwanag ng modelo ni Bohr, ang electron ay hindi maaaring pumunta sa isang spiral motion at mahulog sa nucleus, na patuloy na nagpapalabas ng enerhiya, nanatiling hindi malinaw kung bakit hindi ito sunod-sunod na tumaas sa mas mataas na antas ng enerhiya. Sa kasong ito, ang lahat ng mga electron ay maaga o huli ay mapupunta sa pinakamababang estado ng enerhiya, na hahantong sa pagkawasak ng atom. Ang isa pang problema ay ang mga anomalya sa atomic spectra na hindi ipinaliwanag ng teorya. Noong 1896, nagsagawa si Peter Zeeman ng isang kakaibang eksperimento. Naglagay siya ng atomic gas sa isang magnetic field at kumuha ng spectrogram. Ito ay lumabas na ang ilang mga parang multo na linya ay nahati sa ilan. Ang gayong epekto ay hindi ipinaliwanag sa teorya ni Bohr.
Pagbuo ng modelo ng hydrogen atom ayon sa Bohr
Sa kabila ng lahat ng mga pagkukulang ng kanyang teorya, nagawa ni Niels Bohr na bumuo ng isang makatotohanang modelo ng hydrogen atom. Sa paggawa nito, ginamit niya ang frequency rule at ang mga batas ng classicalmekanika. Ang mga kalkulasyon ni Bohr upang matukoy ang posibleng radii ng mga orbit ng elektron at kalkulahin ang enerhiya ng mga estado ng quantum ay naging tumpak at nakumpirma sa eksperimentong paraan. Ang mga frequency ng emission at absorption ng electromagnetic waves ay tumutugma sa lokasyon ng dark gaps sa spectrograms.
Kaya, gamit ang halimbawa ng hydrogen atom, napatunayan na ang bawat atom ay isang quantum system na may discrete energy level. Bilang karagdagan, ang siyentipiko ay nakahanap ng isang paraan upang pagsamahin ang klasikal na pisika at ang kanyang mga postulate gamit ang prinsipyo ng pagsusulatan. Ito ay nagsasaad na ang quantum mechanics ay kinabibilangan ng mga batas ng Newtonian physics. Sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon (halimbawa, kung ang quantum number ay sapat na malaki), ang quantum at classical na mechanics ay nagtatagpo. Ito ay pinatunayan ng katotohanan na sa pagtaas ng quantum number, ang haba ng madilim na gaps sa spectrum ay bumaba hanggang sa kumpletong pagkawala, gaya ng inaasahan sa liwanag ng mga konsepto ng Newtonian.
Kahulugan
Ang pagpapakilala ng prinsipyo ng pagsusulatan ay naging isang mahalagang intermediate na hakbang tungo sa pagkilala sa pagkakaroon ng espesyal na quantum mechanics. Ang modelo ng atom ni Bohr ay naging panimulang punto para sa marami sa pagbuo ng mas tumpak na mga teorya ng paggalaw ng mga subatomic na particle. Hindi nakahanap si Niels Bohr ng eksaktong pisikal na interpretasyon ng tuntunin ng quantization, ngunit hindi rin niya ito magagawa, dahil ang mga katangian ng alon ng mga elementarya na particle ay natuklasan lamang sa paglipas ng panahon. Louis de Broglie, na dinagdagan ang teorya ni Bohr ng mga bagong tuklas, pinatunayan na ang bawat orbit, ayon sana ginagalaw ng elektron ay isang alon na nagpapalaganap mula sa nucleus. Mula sa puntong ito, ang nakatigil na estado ng atom ay nagsimulang isaalang-alang na ito ay nabuo sa kaso kapag ang alon, na nakagawa ng kumpletong rebolusyon sa paligid ng nucleus, ay umuulit.
