玻尔模型:迅速更换但从未忘记

经过:杰斯林盾牌|

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Bohr的原子模型。Wikimedia Commons(CC By 4.0)

您可以搜索原子在互联网上,即使以前没有人见过原子,您也会找到一个。但是,由于丹麦物理学家尼尔斯·鲍尔(Niels Bohr)等许多不同科学家的工作,我们已经估计了一个原子的外观。

原子是物质的基础 - 任何单个元素的单个原子都是自然界中最基本的实体,它仍然遵守规则物理我们可以在日常生活中观察(构成原子的亚原子颗粒具有自己的特殊规则)。科学家怀疑原子已经存在很长时间了,直到他们才能概念化其结构 - 即使是古希腊人也认为宇宙的问题是由小组组成的,所以很小,无法将其分解成较小的东西,他们称这些基本单位称为Atomos,这意味着“未分离”。到19世纪末,人们可以理解化学物质可以分解成原子,这些原子很小,不同元素的原子具有可预测的重量。

但是在1897年,英国物理学家J.J.汤姆森(Thomson)发现了电子 - 每个人都花在一个世纪大部分时间里的原子中充满负面的颗粒,认为完全不可分割 - 是最小的事物。汤姆森(Thomson)只是假设电子存在,但他无法准确地弄清电子如何适合原子。他最好的猜测是李子布丁模型,“将原子描绘成一个正负的馅饼,上面饰有负收集的区域,散布在旧的甜点中的水果。

哈佛大学化学家达德利·赫尔奇巴赫(Dudley Herschbach)说:“发现电子是负电的,并且与原子相比非常小。”1986年诺贝尔化学奖在一封电子邮件中,他的“关于化学基本过程动态的贡献”。“欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)在1911年发现了核心。核是正极的,有各种质量,但比电子大得多,但大小很小。”

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一个巨大的飞跃

尼尔斯·鲍尔(Niels Bohr)是卢瑟福(Rutherford)的学生,他在1912年接管了他的导师的计划。1912年他的原子结构。

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尼尔斯·亨里克·博尔(Niels Henrik Bohr,1885- 1962年)是丹麦物理学家,他开发了原子模型,并赢得了1922年诺贝尔物理学奖。
照片12/Getty图像

赫尔希巴赫说:“ Bohr的1913年氢原子模型具有有关质子的圆形电子轨道,就像太阳周围的地球轨道一样。”“玻尔利用了约翰·巴尔默(Johann Balmer)在1885年发现的氢原子光谱的简单定期模式。

1913年,玻尔的模型是一个巨大的飞跃,因为它将新生儿量子力学的特征纳入了原子和分子的描述中。那一年,他发表了三篇关于原子和分子构成的论文:第一个也是最著名的是氢原子,另外两篇文章用他的模型作为框架描述了一些用更多电子的元素描述。他为氢原子提出的模型使电子围绕核移动,但仅在具有不同能级的特殊轨道上移动。Bohr假设当电子从较高的能量轨道跳到较低的能量轨道时发出了光 - 这就是使玻璃管中的氢发光的原因。他的氢气正确,但是他的模特有点毛病。

Anatoly svidzinskykykinkykinkykinkykinsky说:“该模型无法预测多电子原子的基态能量和分子的结合能的正确值 - 即使对于最简单的2电子系统,例如氦原子或氢分子,也是如此。”,一位教授量子科学与工程研究所在德克萨斯A&M的电子邮件采访中。“因此,在1913年,很明显,玻尔的模型并不完全正确。即使对于氢原子,玻尔的模型也错误地预测了原子的基态具有非零的轨道角动量。”

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1922年诺贝尔奖

当然,如果您不是量子物理学家,那么这对您来说可能不会有很多意义。然而,玻尔的模型在1922年获得了快速追踪,以获得诺贝尔物理学奖。但是,即使博尔(Bohr)巩固了他在物理学世界中的声誉,科学家们仍在改善他的模型:

赫尔奇巴赫说:“ 1916年,阿诺德·索默菲尔德(Arnold Sommerfeld)改善了玻尔(Bohr)的氢原子模型。”“他发现椭圆形轨道是附近圆形轨道的光谱线的椭圆形轨道。

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半古典电子轨道的Sommerfeld模型,该模型在1916年在Bohr模型上改进了。
Wikimedia Commons

在1925年至1928年之间,沃尔纳·海森伯格(Werner Heisenberg),麦克斯(Max Born),沃尔夫冈·保利(Wolfgang Pauli),埃尔温·施罗德(Erwin Schrodinger)和保罗·迪拉克(Paul Dirac)开发了这些方面,远远超出了玻尔原子模型,但他的原子模型是原子的最著名的模型。原子模型量子物理学使我们看起来不像电子行星所包围,更像是现代艺术。我们可能仍然使用Bohr模型,因为它是对原子概念的很好介绍。

Svidzinsky说:“ 1913年,Bohr的模型证明了量化是对微世界描述的正确方法。”“因此,Bohr的模型向科学家展示了搜索和刺激量子力学进一步发展的方向。如果您知道这条路,那么您迟早会找到正确的解决方案。人们可以将Bohr的模型视为其中之一方向沿着进入量子世界的远足小径的迹象。”

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