Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

7.5: نموذج بور Bohr
فهرس المحتويات

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
The Bohr Model
 
نسخة طبق الأصل

7.5: نموذج بور Bohr

بعد عمل إرنست روثرفورد وزملائه في أوائل القرن العشرين، فإن صورة الذرات التي تتكون من نوى كثيفة صغيرة محاطة بإلكترونات أخف وزناً بل وأصغر تتحرك باستمرار حول النواة كانت راسخة. كانت هذه الصورة تسمى النموذج الكوكبي منذ أن صورت الذرة باعتبارها “نظام شمسي ” مصغر تدور الإلكترونات حول النواة مثل الكواكب التي تدور حول الشمس. وأبسط ذرة هي الهيدروجين، الذي يتكون من بروتون واحد كنواة ينتقل عنها إلكترون واحد. تعتمد القوة الكهروستاتيكية التي تجذب الإلكترون إلى البروتون على المسافة بين الجزئيات فقط. غير أن هذا الوصف الميكانيكي الكلاسيكي للذرة غير مكتمل، حيث أن الإلكترون الذي يتحرك في مدار إهليلجي سوف يتسارع (بتغيير الاتجاه)، وطبقاً للعادة الكهرومغناطيسية الكلاسيكية، فإنه ينبغي أن ينبعث باستمرار من الإشعاع الكهرومغناطيسي. وهذا الفقدان في الطاقة المدارية لابد أن يؤدي إلى تقلص مدار الإلكترون بشكل مستمر إلى أن يدور داخل النواة، وهذا يعني ضمناً أن الذرات غير مستقرة بطبيعتها.

في عام 1913، حاول نيلز بور (Niels Bohr) حل المفارقة الذرية بتجاهل تكهنات الكهرومغناطيسية’ الكلاسيكية بأن الإلكترون المداري في الهيدروجين سوف ينبعث منه الضوء بشكل مستمر. وبدلاً من ذلك، أدرج وصف الميكانيكا’ الكلاسيكية لأفكار توم بلانك’ حول الكمّ، واستنتاج أينشتاين’ بأن الضوء يتكون من فوتونات تتناسب طاقتها مع ترددها. افترض بور أن الإلكترون الذي يدور حول النواة لن يصدر عادة أي إشعاع (فرضية الحالة الثابتة)، ولكنه سيبعث ضوءًا أو يمتص ضوءًا إذا انتقل إلى مدار مختلف. وتعكس الطاقة التي يتم امتصاصها أو انبعاثها الاختلافات في الطاقات المدارية وفقاً لهذه المعادلة:

Eq1

وهنا h هو ثابت بلانك’، أما Ei و Ef فهما الطاقات المدارية الأولية والنهائية، على التوالي. تُستخدم القيمة المطلقة لفرق الطاقة لأن الترددات والأطوال الموجية موجبة دائمًا. وبدلاً من السماح بالقيم المستمرة للطاقة، افترض بور أن طاقات مدارات الإلكترون هذه قد تم تحديدها كمّياً.

Eq2

في هذا التعبيرk هو ثابت يتألف من ثوابت أساسية مثل كتلة الإلكترون وثابت بلانك’. إدخال التعبير لطاقات المدار في معادلة ΔE يعطي

Eq3

ومن بين القوانين الأساسية للفيزياء أن المادة أكثر استقراراً مع أقل قدر ممكن من الطاقة. وبالتالي، يتحرك الإلكترون في ذرة الهيدروجين عادة في n = أوربيت 1، وهو المدار الذي يحتوي على أقل طاقة فيه. عندما يكون الإلكترون في مدار الطاقة الأقل هذا، يُقال إن الذرة في حالتها الإلكترونية الأرضية (أو ببساطة في حالة الأرض). إذا تلقت الذرة طاقة من مصدر خارجي، فمن الممكن أن ينتقل الإلكترون إلى مدار ذي قيمة n أعلى والذرة الآن في حالة إلكترونية متحمسة (أو ببساطة في حالة متحمسة) ذات طاقة أعلى. عندما يحدث انتقال الإلكترون من حالة متحمسة (مدار طاقة أعلى) إلى حالة أقل إثارة، أو حالة أرضية، ينبعث الاختلاف في الطاقة كفوتون. وبالمثل، إذا امتصت الذرة فوتوناً، فإن طاقة الفوتون تنقل إلكترون من مدار طاقة منخفض إلى مدار أكثر إثارة. يمكننا ربط طاقة الإلكترونات في الذرات بما تعلمناه سابقًا عن الطاقة. ينص قانون حفظ الطاقة على أننا لا نستطيع أن نخلق الطاقة أو نتدميرها. وبالتالي، إذا تطلب الأمر كمية معينة من الطاقة الخارجية لإثارة إلكترون من مستوى طاقة إلى آخر، فسيتم تحرير نفس كمية الطاقة عندما يعود الإلكترون إلى حالته الأولية.

وبما أن نموذج بور’ لا يتضمن سوى إلكترون واحد، فمن الممكن أيضاً تطبيقه على أيونات الإلكترون الواحد He+, Li2+, Be3+، وهكذا، والتي لا تختلف عن الهيدروجين إلا في الشحنات النووية، لذا فإن ذرات الإلكترون الواحد وأيونات الإلكترون الواحد يشار إليها جميعاً بالذرات الشبيهة بالهيدروجين.  

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 6.2: The Bohr Model.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter