水素原子のボーア モデルは、1913 年に科学者のニールズ ボーアによって提案されました。水素のボーア モデルの式によると、水素原子は、陽子と中性子を持つ正に帯電した原子核を持っています。それらは負に帯電した電子に囲まれており、原子殻の核の周りを周回しているように見えます。このプラスに帯電した原子核とマイナスに帯電した電子の間には、強い静電引力があります。最初の原子モデルは、水素原子の放射スペクトルを説明することに成功しました。 Neil Bohr は、Rutherford のモデルによって作成されたギャップを埋めることができました。
水素のボーア模型
1915 年、ニールス ボーアはボーアの原子モデルを提案しました。このモデルは、ラザフォードの原子モデルを修正したものです。原子のボーア モデルは、ラザフォード ボーア モデル式としても知られています。
ラザフォードのモデルによると、原子核は正に帯電しており、負に帯電した電子に囲まれています。ボーアは、電子が原子核の周りの固定された円軌道を移動することを追加して、このモデルを修正しました。これらの固定された軌道の間を電子は移動しません。各軌道またはシェルには一定のエネルギーがあります。
ボーアの原子モデルとは?
ボーアの原子モデルは、惑星モデルに似ています。ボーアのモデルでは、電子は正に帯電した原子核の周りを固定された円軌道で移動します。各軌道に関連付けられているエネルギーは固定されています。各円軌道は核から一定の距離を持っています。
ボーアの原子モデルは、電子の特性を許容値で説明します。ボーアのモデルは、電子が異なるエネルギー準位間を遷移するときの放射線の吸収と放出を説明できます。 1922 年、ボーアはその功績によりノーベル物理学賞を受賞しました。
ボーアの水素原子の仮定:
ボーアは、初期の量子論と水素原子の古典理論を組み合わせて、3 つの仮説を提案しました。これらの仮説について詳しく議論しましょう。
- 仮説 1:この仮説では、彼は電子が放射エネルギーを放出することなく安定した軌道を回ることを提案しました。彼はまた、原子は安定した状態で存在し、明確な総エネルギーを持つことができると述べました.
- 公準 2:ボーアの 2 番目の公準によると、軌道は完全に安定しており、電子は軌道内で原子核の周りを回転します。彼は回転の角運動量の理論を与えました。プランク定数と h が 6.6×10^-34J-s に等しい場合、h/2p の整数倍です。
- 仮説 3:ボーアは初期の量子概念を原子論に提案しました。この理論では、電子の遷移は非放射軌道でより低いエネルギー準位に発生します。この遷移プロセスでは、光子が放出されます。写真のエネルギーは、他の 2 つの状態の差に等しくなります。
式は次のとおりです:
hv=Ei-Ef
ここで、h はプランク定数、v は放出された光子の周波数、Ei は初期状態のエネルギー、Ef は極限状態のエネルギーを表します。また、Ei は常に Ef よりも大きくなります。
ボーアの公準の公式
軌道の数と電子の角モーメントとの関係を決定するために、次のボーア モデルの式が使用されます。
mvr =nh/2𝜋
ここで、m は電子の質量、v は速度、r は軌道の半径、h はプランク定数、n は軌道の数です。
電子のエネルギー放出または吸収を定義するための、エネルギー準位のボーアの公式:
E1 – E2 =hf
または、En =– (2𝜋2me4z2k2/n2h2)
関係の導出:
水素原子の惑星モデルの最初の提案の後、ニール・ボーアは仮説を立てました。そしてそれは原子構造の量子化です。ボーアによれば、電子は固定半径で原子核の周りに軌道を作ります。
したがって、原子半径の値は次の式で計算できます:
r(n) =n2×r(1)
ここで、n は任意の正の整数、r(1) は水素原子の最小半径です。この最小半径はボーア半径と呼ばれます。ボーア半径の値は 0.529×10-10m です。
水素の n 番目の準位にある電子のエネルギー計算は、円軌道の電子を考慮することによって形成されます。式は次のとおりです:
E(n)=1/n2 × 13.6eV
ここで、水素電子の可能な最低エネルギーは 13.6 eV です。
重要な注意:この方程式から得られるエネルギーは、常に負の値になります。そして、n が 1 に等しい場合に最大の負の値が得られます。これは、n=無限大の場合、軌道上の電子のエネルギーに対する電子のエネルギーがその原子核から離れているためです。この場合、エネルギーは 0 eV です。また、電子が原子核から遠く離れている場合、そのエネルギーは原子核の周りの固定軌道にあるエネルギーよりも小さいため、軌道上の電子のエネルギーは常に負になります。
結論:
水素原子のボーア模型は、現代の量子力学模型とはまったく異なりますが、考え方は同じです。ボーアの水素原子モデルにはいくつかの制限があります。これらの制限について詳しく学びましょう。
- このモデルはその複雑な原子には機能しません
- ボーアの水素スペクトル理論では、スペクトル線が他のスペクトル線よりも強い理由を説明できませんでした。
- 軌道上の電子に関するボーアの考えは、未知の半径と速度を持つハインバーグの不確定性原理と矛盾しています
- また、磁場の存在下で一部のスペクトル線が倍数に分割される理由を説明することにも成功していません.
