原子のボーア模型の説明

水素原子の惑星モデル

ThoughtCo / エヴァン・ポレンギ

ボーア模型には、負に帯電した電子が軌道を回る小さな正に帯電した原子核からなる原子があります。ラザフォード-ボーア モデルと呼ばれることもあるボーア モデルを詳しく見てみましょう。

ボーア モデルの概要

ニールス・ボーア は 1915 年に原子のボーア モデルを提案しました。ボーア モデルは初期のラザフォード モデルを修正したものであるため、ボーアのモデルをラザフォード-ボーア モデルと呼ぶ人もいます。現代の原子モデルは量子力学に基づいています。ボーア モデルにはいくつかの誤りが含まれていますが、現代版の高度な数学をすべて抜きにして、原子論の受け入れられている特徴のほとんどを記述しているため、重要です。以前のモデルとは異なり、ボーア モデルはスペクトル輝線のリュードベリ式を説明します。 原子状水素の .

ボーア モデルは、負に帯電した電子が、太陽の周りを回る惑星と同様の小さな正に帯電した原子核を周回する惑星モデルです (ただし、軌道は平面ではありません)。太陽系の重力は、正に帯電した原子核と負に帯電した電子の間のクーロン (電気) 力に数学的に似ています。

ボーア模型の要点

• 電子は、設定されたサイズとエネルギーを持つ軌道で原子核を周回します。
• 軌道のエネルギーは、そのサイズに関連しています。最も低いエネルギーは、最小の軌道にあります。
• 放射線は、電子がある軌道から別の軌道に移動するときに吸収または放出されます。

水素のボーア模型

ボーア モデルの最も単純な例は、水素原子 (Z = 1) または水素様イオン (Z > 1) であり、負に帯電した電子が小さな正に帯電した原子核を周回します。 電磁エネルギー 電子がある軌道から別の軌道に移動すると、吸収または放出されます。それだけ 特定の電子軌道 許可されています。可能な軌道の半径は n として増加します²、ここで n は 主量子数 . 3 → 2 遷移により、 バルマーシリーズ .水素 (Z = 1) の場合、これは波長 656 nm (赤色光) の光子を生成します。

重い原子のボーア模型

より重い原子は、水素原子よりも核内に多くの陽子を含んでいます。これらすべての陽子の正電荷を打ち消すには、より多くの電子が必要でした。ボーアは、各電子軌道は一定数の電子しか保持できないと考えていました。レベルがいっぱいになると、追加の電子が次のレベルに押し上げられます。したがって、より重い原子のボーアモデルは電子殻を記述しました。このモデルは、これまで再現されたことのない重い原子の原子特性の一部を説明しました。たとえば、殻モデルは、原子がより多くの陽子と電子を持っているにもかかわらず、周期表の周期 (行) を移動する原子が小さくなる理由を説明しました。また、希ガスが不活性である理由と、周期表の左側の原子が電子を引き付け、右側の原子が電子を失う理由も説明しました。しかし、このモデルは、シェル内の電子が互いに相互作用しないと仮定しており、電子が不規則に積み重なっているように見える理由を説明できませんでした。

ボーア模型の問題点

• 違反しているハイゼンベルク不確定性原理電子は既知の半径と軌道の両方を持っていると見なされるためです。
• ボーア モデルは、基底状態に対して誤った値を提供します 軌道角運動量 .
• より大きな原子のスペクトルに関する予測は不十分です。
• スペクトル線の相対強度を予測するものではありません。
• ボーア模型は、スペクトル線の微細構造と超微細構造を説明していません。
• ゼーマン効果を説明していません。

ボーア モデルの改良と改善

ボーア模型の最も顕著な改良は、ボーア・ゾンマーフェルト模型と呼ばれることもあるゾンマーフェルト模型でした。このモデルでは、電子は原子核の周りを円軌道ではなく楕円軌道で移動します。ゾンマーフェルト モデルは、スペクトル線分裂におけるシュタルク効果などの原子スペクトル効果を説明するのに優れていました。しかし、モデルは磁気量子数に対応できませんでした。

最終的に、ボーア モデルとそれに基づくモデルは、1925 年に量子力学に基づく Wolfgang Pauli のモデルに置き換えられました。そのモデルは、1926 年に Erwin Schrodinger によって導入された現代のモデルを生成するために改良されました。今日、水素原子の挙動は、原子軌道を記述するための波力学。

ソース

• ラフタキア、アフレシュ。サルピーター、エドウィン E. (1996)。 「水素のモデルとモデラー」。 アメリカ物理学ジャーナル . 65 (9): 933. Bibcode:1997AmJPh..65..933L.ドイ: 10.1119/1.18691
• ライナス・カール・ポーリング (1970)。 「第5章1」。 一般化学 （第3版）。サンフランシスコ: W.H.フリーマン＆カンパニーISBN 0-486-65622-5
• ニールス・ボーア (1913)。 「原子と分子の構成について、パートI」（PDF）。 哲学雑誌 . 26 (151): 1–24.ドイ: 10.1080/14786441308634955
• ニールス・ボーア (1914)。 「ヘリウムと水素のスペクトル」。 自然 . 92 (2295): 231–232.ドイ:10.1038/092231d0