ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ BOHR ΓΙΑ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ

ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ BOHR ΓΙΑ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ

  Στις αρχές του 20ού αιώνα οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η κλασική Φυσική αδυνατούσε να ερμηνεύσει τα γραμμικά φάσματα των αερίων.Δεν μπορούσε να εξηγήσει:Γιατί το υδρογόνο εκπέμπει μόνο ορισμένα μήκη κύματος ακτινοβολίας;Γιατί απορροφά μόνο τα μήκη κύματος που εκπέμπει;

Ο Νιλς Μπορ (Niels Henrik David Bohr 7 Οκτωβρίου 1885-18 Νοεμβρίου 1962) ήταν Δανός φυσικός.Σπούδασε στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης και είχε θεμελιώδεις συνεισφορές στην κατανόηση της ατομικής δομής και της κβαντικής μηχανικής.Τιμήθηκε με το βραβείο Nobel Φυσικής το 1922 για την ερευνά του στη δομή των ατόμων

 Για να απαντήσει στα παραπάνω ερωτήματα,ο Δανός φυσικός Bohr (Μπορ) πρότεινε ένα πρότυπο για το άτομο του υδρογόνου,που στηρίζεται στις παρακάτω παραδοχές: 

α) Το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου περιφέρεται γύρω από το θετικά φορτισμένο πυρήνα με την επίδραση της δύναμης Coulomb που δέχεται από αυτόν. 

Άτομο του υδρογόνου.Το πρωτόνιο θεωρείται ακίνητο.Η δύναμη Coulomb F προκαλεί την απαιτούμενη κεντρομόλο επιτάχυνση.Το ηλεκτρόνιο λοιπόν περιφέρεται με ταχύτητα υ_n σε επιτρεπόμενη τροχιά ακτίνας r_n ώστε να ισχύει:m·υ·r=n·ħ

β) Το ηλεκτρόνιο μπορεί να κινείται μόνο σε ορισμένες τροχιές,οι οποίες ονομάζονται  επιτρεπόμενες τροχιές.Οι επιτρεπόμενες τροχιές είναι εκείνες για τις οποίες ισχύει ότι η στροφορμή του ηλεκτρονίου είναι κβαντωμένη και ίση με ακέραιο πολλαπλάσιο της ποσότητας ħ=h/2π,όπου h είναι η σταθερά του Plank.

 Το μέτρο της στροφορμής του ηλεκτρονίου δίνεται από την εξίσωση:

                                                                              L=m·υ·r

όπου:

m η μάζα του ηλεκτρονίου,

υ το μέτρο της ταχύτητάς του και

r η ακτίνα της κυκλικής τροχιάς του.

Το διάνυσμα της στροφορμής L του ηλεκτρονίου στο πρότυπο του Bohr

 Εφαρμόζοντας τη συνθήκη σύμφωνα με την οποία η στροφορμή του ηλεκτρονίου είναι κβαντωμένη,έχουμε:

                                                                              m·υ·r=n·h/2π=n·ħ         

                                                                              n=1,2,3,…,∞

γ) Όταν το ηλεκτρόνιο κινείται σε ορισμένη επιτρεπόμενη τροχιά,δεν εκπέμπει ακτινοβολία.
 Η παραδοχή αυτή έρχεται σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία σύμφωνα με την οποία το ηλεκτρόνιο θα έπρεπε να ακτινοβολεί συνεχώς ενέργεια,να διαγράφει σπειροειδή τροχιά με διαρκώς μειούμενη ακτίνα και τελικά να πέφτει στον πυρήνα. 

δ) Όταν το ηλεκτρόνιο μεταπηδήσει από μία επιτρεπόμενη τροχιά σε άλλη μικρότερης ενέργειας,τότε εκπέμπεται ένα φωτόνιο με ενέργεια ίση με τη διαφορά μεταξύ της αρχικής και της τελικής του ενέργειας.

 Αν Εα είναι η ενέργεια του ατόμου πριν από τη μετάβαση,Ετ η ενέργεια μετά τη μετάβαση και h·f η ενέργεια του εκπεμπόμενου φωτονίου,τότε ισχύει:

                                                                              Eτ-Eα=h·f