Bohr Modeli

Ernest Rutherford ve meslektaşlarının yirminci yüzyılın başlarındaki çalışmalarını takiben, çekirdek etrafında sürekli olarak hareket eden daha hafif ve hatta daha küçük elektronlarla çevrili küçük yoğun çekirdeklerden oluşan atomların resmi iyice yerleşmişti. Bu resim, atomu, güneşin etrafında dönen gezegenler gibi çekirdeğin yörüngesinde dönen elektronlarla minyatür bir “güneş sistemi” olarak resmettiği için gezegensel model olarak adlandırıldı. En basit atom, üzerinde tek bir elektronun hareket ettiği çekirdek olarak tek bir protondan oluşan hidrojendir. Elektronu protona çeken elektrostatik kuvvet, yalnızca iki parçacık arasındaki mesafeye bağlıdır. Atomun bu klasik mekanik açıklaması eksiktir, çünkü eliptik bir yörüngede hareket eden bir elektron hızlanacaktır (yön değiştirerek) ve klasik elektromanyetizmaya göre sürekli olarak elektromanyetik radyasyon yayması gerekir. Yörüngesel enerjideki bu kayıp, elektronun yörüngesinin, çekirdeğe spirallenene kadar sürekli olarak küçülmesine neden olmalı, bu da atomların doğası gereği kararsız olduğunu ima etmektedir.

1913’te Niels Bohr, klasik elektromanyetizmanın hidrojendeki yörüngede dönen elektronun sürekli olarak ışık yayacağı tahminini görmezden gelerek atomik paradoksu çözmeye çalıştı. Bunun yerine, klasik mekaniğin atom tanımını – Planck’ın nicemleme fikirlerini ve Einstein’ın ışığın, enerjisi frekanslarıyla orantılı olan fotonlardan oluştuğunu buluşunu – birleştirdi. Bohr, çekirdeğin yörüngesinde dönen elektronun normalde herhangi bir radyasyon yaymayacağını (sabit durum hipotezi), ancak farklı bir yörüngeye geçerse bir foton yayacağını veya soğuracağını varsaydı. Emilen veya yayılan enerji, bu denkleme göre yörünge enerjilerindeki farklılıkları yansıtacaktır:

Burada h Planck sabiti ve E_i ve E_f sırasıyla ilk ve son yörünge enerjileridir. Frekanslar ve dalga boyları her zaman pozitif olduğu için enerji farkının mutlak değeri kullanılır. Bohr, sürekli enerji değerlerine izin vermek yerine, bu elektron orbitallerinin enerjilerinin nicemlendiğini varsaydı.

Bu ifadede k elektron kütlesi ve yükü ve Planck sabiti gibi temel sabitleri içeren bir sabittir. Yörünge enerjileri için ifadeyi ΔE denklemine eklemek

Fiziğin temel yasalarından biri, maddenin mümkün olan en düşük enerji ile en kararlı olmasıdır. Bu nedenle, bir hidrojen atomundaki elektron genellikle en düşük enerjiye sahip olduğu yörünge olan n = 1 yörüngesinde hareket eder. ektron bu en düşük enerjili yörüngede olduğunda, atomun temel elektronik durumunda (veya basitçe temel durumunda) olduğu söylenir. Atom bir dış kaynaktan enerji alırsa, elektronun daha yüksek n değerli bir yörüngeye hareket etmesi mümkündür ve atom artık daha yüksek enerjili bir uyarılmış elektronik durumda (veya basitçe uyarılmış bir durumdadır). Bir uyarılmış durumdan (daha yüksek enerji yörüngesi) daha az uyarılmış bir duruma veya temel duruma bir elektron geçişi gerçekleştiğinde, enerjideki fark bir foton olarak yayılır. Benzer şekilde, bir foton bir atom tarafından emilirse, fotonun enerjisi bir elektronu daha düşük bir enerji yörüngesinden daha uyarılmış olana doğru hareket ettirir. Atomlardaki elektronların enerjisini, enerji hakkında daha önce öğrendiklerimizle ilişkilendirebiliriz. Enerjinin korunumu yasası, enerjiyi ne yaratabileceğimizi ne de yok edemeyeceğimizi söylüyor. Bu nedenle, bir elektronu bir enerji seviyesinden diğerine uyarmak için belirli bir miktarda dış enerji gerekiyorsa, elektron başlangıç durumuna geri döndüğünde aynı miktarda enerji açığa çıkacaktır.

Bohr modeli sadece tek bir elektron içerdiğinden, sadece nükleer yüklerinde hidrojenden farklı olan tek elektron iyonları He⁺, Li²⁺, Be³⁺ ve benzerlerine de uygulanabilir ve bu nedenle tek elektron atomları ve iyonları toplu olarak hidrojen benzeri atomlar olarak adlandırılır. 

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 6.2: The Bohr Model.