نموذج بوهر الذري

ربما تكون قد شاهدت نموذج بور الذري في المدرسة . إنه اكتشاف بالغ الأهمية حققه هذا العالم للعلم، وخاصةً في مجالي الكهرومغناطيسية والكيمياء الكهربائية. قبل ذلك، كان هناك نموذج رذرفورد ، الذي كان ثوريًا وناجحًا للغاية، ولكنه كان يتعارض مع بعض القوانين الذرية الأخرى، مثل قوانين ماكسويل ونيوتن.

سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول نموذج بوهر الذري ، بالإضافة إلى تفاصيله لتوضيح أي شكوك حول هذا الموضوع.

المشاكل التي ساعدت في حلها

كما ذكرنا في بداية المقال، ساعد هذا النموذج الذري في حل بعض التناقضات مع قوانين ذرية أخرى. في نموذج رذرفورد السابق، كان من المتوقع أن تُصدر الإلكترونات المتحركة بشحنة كهربائية سالبة نوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي. كان هذا متوقعًا وفقًا لقوانين الكهرومغناطيسية. تسبب فقدان الطاقة هذا في انكماش الإلكترونات داخل مداراتها، متجهةً حلزونيًا نحو المركز. وعندما تصل إلى المركز، تنهار وتصطدم بالنواة.

أدى ذلك إلى مشكلة في النظرية، إذ لم يكن بإمكان الإلكترونات ببساطة أن تنهار داخل النواة؛ بل كان لا بد أن تكون مساراتها مختلفة. وقد حُلّت هذه المشكلة بنموذج بور الذري، الذي يُفسّر أن الإلكترونات تدور حول النواة في مدارات محددة ومسموح بها، ذات طاقات معينة. وتتناسب هذه الطاقة طرديًا مع ثابت بلانك.

هذه المدارات التي ذكرناها حيث تتحرك الإلكترونات ، كانت تسمى طبقات الطاقة أو مستويات الطاقة. وهذا يعني أن الطاقة التي تمتلكها الإلكترونات ليست هي نفسها دائمًا ، ولكنها مكمية. المستويات الكمومية هي المدارات المختلفة التي توجد فيها الذرات. اعتمادًا على مدارها في أي لحظة ، سيكون لديها طاقة أكثر أو أقل. تحتوي المدارات الأقرب لنواة الذرة على قدر أكبر من الطاقة. من ناحية أخرى ، كلما ابتعدوا عن النواة ، قلت الطاقة.

نموذج مستوى الطاقة

ساعد نموذج بور الذري، الذي افترض أن الإلكترونات لا تكتسب أو تفقد الطاقة إلا بالانتقال من مدار إلى آخر، في حل مشكلة الانهيار التي طرحها نموذج رذرفورد. فعند انتقال الإلكترون من مستوى طاقة إلى آخر، يمتص أو يُصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا. أي أنه عندما ينتقل من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل، فإنه يُطلق طاقة زائدة. وعلى العكس، عندما ينتقل من مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى، فإنه يمتص إشعاعًا كهرومغناطيسيًا.

نظرًا لأن هذا النموذج الذري يعد تعديلًا لنموذج رذرفورد ، يتم الحفاظ على خصائص النواة المركزية الصغيرة ومعظم كتلة الذرة. على الرغم من أن مدارات الإلكترونات ليست مسطحة مثل تلك الموجودة في الكواكب ، يمكن القول أن هذه الإلكترونات تدور حول نواتها بنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس.

مبادئ نموذج بوهر الذري

سنقوم الآن بتحليل مبادئ هذا النموذج الذري. يتم التعامل معها على أنها شرح مفصل للنموذج المذكور وتشغيله.

1. الجسيمات التي لها شحنة موجبة هم في تركيز منخفض مقارنة بالحجم الكلي للذرة.
2. الإلكترونات ذات الشحنة الكهربائية السالبة هي تلك التي توجد تدور حول النواة في مدارات دائرية للطاقة.
3. هناك مستويات طاقة في المدارات التي تدور من خلالها الإلكترونات. لديهم أيضًا حجم محدد ، لذلك لا توجد حالة وسيطة بين المدارات. هم فقط ينتقلون من مستوى إلى آخر.
4. ترتبط الطاقة التي يمتلكها كل مدار بحجمه. كلما كان المدار بعيدًا عن نواة الذرة ، زادت طاقته.
5. مستويات الطاقة لها أعداد مختلفة من الإلكترونات. كلما انخفض مستوى الطاقة، قل عدد الإلكترونات التي يحتوي عليها. على سبيل المثال، إذا كنا في المستوى الأول، فسيكون هناك ما يصل إلى إلكترونين. في المستوى 2، قد يكون هناك ما يصل إلى 8 إلكترونات، وهكذا.
6. عندما تنتقل الإلكترونات من مدار إلى آخر ، فإنها تمتص أو تطلق الطاقة الكهرومغناطيسية. إذا انتقلت من مستوى أكثر نشاطًا إلى مستوى أقل ، فإنك تطلق الطاقة الزائدة والعكس صحيح.

كان هذا النموذج ثوريًا وحاول توفير الاستقرار للمادة التي كانت تفتقر إليها النماذج السابقة. وقد تم أيضًا تفسير أطياف الانبعاث والامتصاص المنفصلة للغازات من خلال هذا النموذج الذري، والذي يمكن أن يكون مرتبطًا بفهم الجسيمات التي تشكل المادة. كان هذا هو النموذج الأول الذي قدم مفهوم التكميم. وهذا يجعل نموذج بور الذري يعتبر نموذجًا يجمع بين الميكانيكا الكلاسيكية وميكانيكا الكم. على الرغم من وجود بعض العيوب فيه، إلا أنه كان بمثابة نموذج تمهيدي لميكانيكا الكم التي وضعها شرودنجر وغيره من العلماء في وقت لاحق.

حدود وأخطاء نموذج بوهر الذري

كما ذكرنا، يعاني هذا النموذج أيضاً من بعض أوجه القصور والأخطاء. أولها أنه لا يُفسر ولا يُقدم أسباباً لتقييد الإلكترونات بمدارات محددة، بل يفترض ببساطة أن للإلكترونات نصف قطر ومدار معروفين، وهو افتراض خاطئ. بعد عقد من الزمن، دحض مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ هذا الافتراض. وهذا يُبين أن نموذج بور الذري ليس الطريقة الوحيدة لوصف بنية الذرة.

على الرغم من قدرة هذا النموذج الذري على وصف سلوك الإلكترونات في ذرات الهيدروجين بدقة، إلا أنه لم يكن بنفس الدقة بالنسبة للعناصر ذات الكثافة الإلكترونية الأعلى. فهو يعجز عن تفسير تأثير زيمان، الذي يحدث عندما تنقسم خطوط الطيف إلى خطين أو أكثر في وجود مجال مغناطيسي خارجي ثابت. علاوة على ذلك، تتضح قيود هذا النموذج، لا سيما في تحديد كمية الزخم الزاوي في الحالة الأرضية، مع ازدياد تعقيد الذرة.

من الأخطاء والقيود الأخرى التي يتضمنها هذا النموذج أنه يوفر قيمة غير صحيحة للزخم الزاوي لمدار الحالة الأرضية. كل هذه الأخطاء والقيود المذكورة تجعل نموذج بوهر الذري قد تم استبداله بنظرية الكم بعد سنوات.

آمل أن تتمكن من خلال هذا المقال من معرفة المزيد عن نموذج بوهر الذري وتطبيقاته في العلوم.