文字 a で表されるボーア半径は、最低状態 (最低エネルギー準位) にある水素原子の原子核の周りの電子軌道の平均半径です。半径は、物理定数 (m) である 5.29177 x 10 メートルにほぼ相当します。 5.29177 x 10 センチメートル (cm) または 0.0529177 ナノメートル (nm)。この範囲は、青色の可視光線の波長の約 1/10,000 に相当します。
ボーア半径
ボーア半径は、いわゆる原子のボーア モデルを開発したデンマークの物理学者で哲学者のニールス ボーア (1884-1962) にちなんで名付けられました。ボーアによれば、原子は正電荷を持つコンパクトで高密度の原子核で構成されており、その原子核は円形パターンで周回する負電荷を帯びた電子に囲まれています。今日、科学者たちは、電子がシェルと呼ばれる球形の確率ゾーンで原子核を取り囲んでいると信じていますが、これは単純化しすぎていると考えています。一方、ボーア半径は、中性原子が到達できる最小の平均半径を大まかに示しているため、依然として有用な定数です。
定義と価値
ボーア半径は次のように定義されます
どこ
- は自由空間の誘電率です
は換算されたプランク定数です
私は電子の塊です
e は素電荷です。
c は真空中の光速で、
o は微細構造定数です。
ボーア半径の CODATA 値 (SI 単位) は 5.29177210903(80)×10m です。
真空誘電率:古典的な真空の絶対誘電率の値は 0 (真空誘電率) です。電気定数、オープン スペースの誘電率、または真空の分散容量としても知られています。理想的な (または少なくともそれに近い) 物理定数です。
水素原子のボーア理論
ラザフォードの失敗した惑星原子
Hans Geiger と Ernest Marsden の粒子散乱の調査に基づいて、Ernest Rutherford は原子モデルを提案しました。これらの研究では、ヘリウム核 (-粒子) が薄い金の金属箔に向けて発射されました。粒子の大部分は飛散せず、薄い金属箔をそのまま通過した。拡散された少数の一部は後方に散らばり、反動を意味しました。後方散乱には、フォイル内の重い粒子の存在が必要です。粒子がこれらの重い粒子の 1 つと衝突すると、レンガの壁にボールが投げつけられたように、単純に反動します。粒子の大部分は散乱しないため、重い粒子 (原子核) は、原子の全空間の比較的小さな部分を占める必要があります。空間の大部分は占有されていないか、非常に小さな質量の粒子で占められている必要があります。原子核を取り囲む電子は、これらの低質量粒子です。
ラザフォード モデルにはいくつかの根本的な欠陥があります。反対に帯電した粒子間のクーロン相互作用により、正の原子核と負の電子が互いに引き合い、原子が崩壊するはずです。電子は、正の原子核が崩壊するのを防ぐために正の原子核を周回していると考えられていました。クーロン力 (以下で説明) は、速度の方向を変えるために使用されます。これは、ロープが頭の周りの円軌道でボールを引っ張る方法や、重力が月を地球の周りの軌道に保持する方法と同様です。
重力とクーロン相互作用の類似性がこのアイデアの源であり、このアプローチが現実的であることを示しています。ニュートンの重力の法則は、2 つの質量間の重力を次のように表します。
Q1 と Q2 はそれぞれオブジェクト 1 と 2 の電荷を示し、r はそれらの中心間の距離を示します。
しかし、このアナロジーには欠点があります。円を描く電子は、速度ベクトルが変化するため、常に加速されます。荷電粒子が加速されると、放射線が発生します。このプロパティは、無線送信機がどのように機能するかを決定します。電源は、ワイヤーを上下に電子を駆動することによって、エネルギー (電磁放射) を無線受信機に送信します。放出されたエネルギーの波形にエンコードされた音楽がラジオで再生されます。
原子核の周りの電子の古典的な死の螺旋。
放射線を放出している場合、周回する電子はエネルギーを失っています。周回する粒子の半径は、エネルギーを失うにつれて縮小します。周回電子の周波数は、角運動量を保存するために上昇します。電子が原子核に近づくにつれて、周波数は上昇し続けます。回転する電子の周波数と放出される放射線の周波数は同じであるため、両方とも連続的に変動し、目に見える離散的な線ではなく、連続したスペクトルになります。さらに、この崩壊にかかる時間を計算すると、約101l秒かかります。これは、原子の構造にもよりますが、約 10 ～ 11 秒以上持続するものは世界に存在しないことを示唆しています。
ボーア モデル
前のセクションで調べた線スペクトルは、水素原子が特定の波長でのみ光を吸収および放出することを示しています。この発見は、量子力学系の許容エネルギーの離散特性に関連しています。古典力学とは対照的に、量子力学では、システムのエネルギーは離散値しか取り得ないと主張しています。これは疑問を投げかけます:これらの許容される離散エネルギー値が何であるかをどのように把握できるでしょうか?結局、プランクの許容エネルギーの公式はどこからともなく現れたようです.
ボーアの推論は古典的な概念に基づいており、正確な説明ではないという事実にもかかわらず、その推論は興味深いものであり、その歴史的関連性についてこのモデルを調査します.
結論
ボーア原子モデルによると、正に帯電した小さな原子核は、設定された軌道を循環する負に帯電した電子に囲まれています。彼は、原子核から離れた電子は、原子核から離れた電子よりもエネルギーが大きいという結論に達しました.
