مدل اتمی بور

تکمیل مدل اتمی رادرفورد توسط مدل اتمی بور :

مدل اتمی رادرفورد ( آموزش شماره 3229 ) چیدمان کلی الکترون ها را مشخص می کرد، به این صورت که الکترون ها در لایه هایی در اطراف هسته اتم قرار دارند، اما در مورد نحوه حرکت الکترون ها در اتم، اطلاعاتی ارائه نمی نمود.

دانشمندان می خواستند بر مبنای نوع چیدمان الکترون ها و نحوه حرکت آنها در اتم، خطوط طیفی اتم ( آموزش شماره 3227 ) و خواص شیمیایی اتم را توجیه کنند.

دانشمندان اکنون قصد داشتند که بر اساس مدل اتمی رادرفورد، شیوه حرکت الکترون در اتم را محاسبه کنند، اما وقتی از قوانین ((مکانیک کلاسیک)) و ((الکترومغناطیس کلاسیک)) برای محاسبات استفاده کردند، نتایج مناسبی نمی گرفتند.

آنها بیان می کردند که مطابق قوانین فیزیک کلاسیک، الکترون در یک مدار دایره ای به شعاع تقریبی $ $${10^{ - 10}}m$$ $ در حال حرکت به دور هسته می باشد. الکترون دارای شتاب مرکزگرای زیادی خواهد بود که به دلیل آن، شروع به تابش نور می کند و با تابش نور، پیوسته انرژی از دست می دهد و همین طور به سمت هسته می رود و به سمت هسته سقوط می کند. این سقوط در یک مسیر مارپیچی به سمت هسته اتفاق می افتد. همانند وقتی که یک ماهواره به سمت زمین سقوط می کند. مطابق این محاسبات باید الکترون در زمان کوتاه $ $${10^{ - 10}}s$$ $ به هسته برخورد کند.

بنابراین محاسبات بر اساس قوانین ((مکانیک کلاسیک)) و ((الکتریسیته کلاسیک))، این نتیجه را می دهد که الکترون ها باید در یک لحظه در هسته سقوط کنند. نتیجه ای که دانشمندان آن را غیر قابل قبول می دانستند.

همچنین اگر الکترون در یک مسیر مارپیچ به سمت هسته سقوط می کند و همواره در حال انتشار نور است، نور حاصل باید همواره دامنه و فرکانس آن افزایش یابد، زیرا هر چه الکترون به هسته نزدیکتر شود، شتاب آن بیشتر می شود و فرکانس حرکت مداری آن بیشتر خواهد بود. اما این نتیجه گیری نیز غلط است زیرا دانشمندان با بررسی خطوط طیفی اتم ها ( آموزش شماره 3227 ) متوجه شده بودند که انتشار نور توسط الکترون ها، دارای فرکانس هایی گسسته است.

پس این نتایج محاسباتی غلط، دانشمندان را به این فکر انداخت که قوانین ((مکانیک کلاسیک)) و ((الکترومغناطیس کلاسیک)) برای توصیف حرکت الکترون ها در اتم مناسب نیستند و باید قوانین دیگری کشف شوند.

نیلس بور سعی کرد قوانین جدید اتمی را بیابد و نتایج خود را به این صورت بیان کرد :

1- برای الکترون در اتم، مدارهای گسسته ای وجود دارد که هر مدار معادل یک سطح انرژی می باشد و بنابراین سطوح انرژی الکترون به صورت گسسته می باشند. وی لفظ ((کوانتیده بودن)) را برای این معنا در نظر گرفت و به طور کلی گفت که ((مدارهای الکترون و انرژی های الکترون کوانتیده هستند)). یعنی الکترون فقط می تواند در این مدارها قرار داشته و دارای این سطوح انرژی باشد. وقتی الکترون در یکی از این مدارها قرار دارد، هیچ تابش الکترومغناطیسی (تابش نوری) ندارد. به این حالت الکترون، ((حالت ایستا)) می گوییم. الکترون می تواند از یک مدار به مدار دیگر (از یک حالت ایستا به حالت ایستای دیگر) یک انتقال گسسته داشته باشد که این انتقال را ((جهش کوانتومی)) می نامیم. بر اثر این انتقال، الکترون تابش الکترومغناطیسی منتشر می کند.

2- قوانین ((مکانیک کلاسیک)) بر حرکت الکترون در هر مدار (هر حالت ایستا) صدق می کنند، اما بر زمان انتقال الکترون از یک مدار به مداری دیگر (از یک حالت ایستا به حالت ایستای دیگر) صدق نمی کنند.

3- هنگام انتقال الکترون از یک مدار به مداری دیگر (از یک حالت ایستا به حالت ایستای دیگر)، انرژی اضافی الکترون به صورت یک فوتون با یک فرکانس خاص آزاد می شود.

4- مدارهای مجاز بر اساس مقدارهای کوانتیده از اندازه حرکت زاویه ای الکترون مشخص می شوند.

تکمیل مدل اتمی بور (مکانیک نیمه کلاسیک) توسط مکانیک کوانتومی (انتقال از مکانیک نیمه کلاسیک به مکانیک کوانتومی) :

اگرچه نیلس بور، مفاهیمی از مکانیک کوانتومی را وارد مدل اتمی رادرفورد کرد و بر اساس آن، مدل اتمی خود (مدل اتمی بور) را ارائه نمود، اما نتیجه این شد که مدل اتمی بور، ترکیبی از قوانین مکانیک کلاسیک (مفهوم مدارهای الکترون ها) و قوانین مکانیک کوانتومی (مفاهیم جهش کوانتومی و کوانتوم های نور) را ارائه می کرد و بنابراین می توان گفت که مدل اتمی بور یک ((مکانیک نیمه کلاسیک)) را برای خود به کار می برد.

ولی فیزیکدانان به این نتیجه رسیدند که همان مقدار قوانین مکانیک کلاسیک هم که در مدل اتمی بور وجود دارد باید از مدل اتمی حذف شود و بنابراین با این کار، ((مکانیک کوانتومی)) را بنا نهادند. مهمترین مورد در این مسیر، توسط پرنس دوبروی انجام شد. وی بیان کرد که الکترون ها نیز (همانند پروتون ها و نوترون ها و همه ذره های دیگری که وجود دارند)، علاوه بر ((خواص ذره ای)) دارای ((خواص موجی)) نیز می باشند.