Mô hình mẫu hành tinh nguyên tử do bác học nào đề xuất?

Chắc chắn bạn đã từng thấy Mô hình nguyên tử Bohr. Đây là một khám phá khá quan trọng mà nhà khoa học này thực hiện đối với khoa học, đặc biệt là điện từ học và điện hóa học. Trước đây có mô hình của Rutherford, khá cách mạng và rất thành công, nhưng có một số mâu thuẫn với các định luật nguyên tử khác như của Maxwell và Newton.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về mô hình nguyên tử của Bohr, cũng như các chi tiết của nó để làm rõ bất kỳ nghi ngờ nào về chủ đề này.

Các vấn đề nó đã giúp giải quyết

Như chúng tôi đã đề cập ở phần đầu của bài viết, mô hình nguyên tử này đã giúp giải quyết những mâu thuẫn nhất định tồn tại với các định luật nguyên tử khác. Trong mô hình Rutherford trước đó, chúng tôi phải các electron chuyển động mang điện tích âm phải phát ra một loại bức xạ điện từ. Điều này nên được thực hiện do các định luật điện từ học. Sự mất mát năng lượng này làm cho các electron bị giảm quỹ đạo của chúng theo đường xoắn ốc về phía trung tâm. Khi đến trung tâm, chúng sụp đổ, va chạm với lõi.

Điều này tạo ra một vấn đề về lý thuyết vì nó không thể sụp đổ cùng với hạt nhân của nguyên tử, nhưng quỹ đạo của các electron phải khác. Điều này đã được giải quyết với mô hình nguyên tử Bohr. Nó giải thích rằng các electron quay quanh hạt nhân theo những quỹ đạo nhất định được phép và có năng lượng riêng. Năng lượng tỷ lệ với hằng số Planck.

Những quỹ đạo mà chúng ta đã đề cập đến nơi các electron chuyển động, được gọi là các lớp năng lượng hay mức năng lượng. Có nghĩa là, năng lượng mà các electron có không phải lúc nào cũng giống nhau, nhưng được lượng tử hóa. Mức lượng tử là các quỹ đạo khác nhau mà nguyên tử được tìm thấy. Tùy thuộc vào quỹ đạo mà nó đang ở trong bất kỳ thời điểm nhất định nào, nó sẽ có năng lượng nhiều hơn hoặc ít hơn. Những quỹ đạo càng gần hạt nhân nguyên tử thì năng lượng càng lớn. Mặt khác, chúng càng di chuyển ra xa hạt nhân thì năng lượng càng ít.

Mô hình nguyên tử Bohr này, ngụ ý rằng các electron chỉ có thể tăng hoặc mất năng lượng bằng cách nhảy từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, đã giúp giải quyết sự sụp đổ do mô hình của Rutherford đề xuất. Khi chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác, nó sẽ hấp thụ hoặc phát ra bức xạ điện từ. Nghĩa là, khi bạn chuyển từ mức năng lượng tích điện nhiều hơn sang mức năng lượng ít được tích điện hơn, bạn giải phóng năng lượng dư thừa. Ngược lại, khi đi từ mức năng lượng thấp lên mức cao hơn, nó sẽ hấp thụ bức xạ điện từ.

Vì mô hình nguyên tử này là một sửa đổi của mô hình Rutherford, các đặc điểm của hạt nhân trung tâm nhỏ và với phần lớn khối lượng của nguyên tử vẫn được duy trì. Mặc dù quỹ đạo của các electron không phẳng như quỹ đạo của các hành tinh, nhưng có thể nói rằng các electron này quay quanh hạt nhân của chúng theo cách tương tự như các hành tinh quay quanh Mặt trời.

Các nguyên tắc mô hình nguyên tử của Bohr

Bây giờ chúng ta sẽ phân tích các nguyên tắc của mô hình nguyên tử này. Nó là về một lời giải thích chi tiết về mô hình đã nói và hoạt động của nó.

1. Các hạt mang điện tích dương Chúng có nồng độ thấp so với tổng thể tích của nguyên tử.
2. Các êlectron mang điện tích âm là êlectron quay xung quanh hạt nhân theo những quỹ đạo tròn đầy năng lượng.
3. Có các mức năng lượng của các quỹ đạo mà các electron chuyển động qua đó. Chúng cũng có một kích thước thiết lập, vì vậy không có trạng thái trung gian giữa các quỹ đạo. Họ chỉ đi từ cấp độ này sang cấp độ khác.
4. Năng lượng mà mỗi quỹ đạo sở hữu có liên quan đến kích thước của nó. Quỹ đạo càng xa hạt nhân nguyên tử thì năng lượng của nó càng lớn.
5. Các mức năng lượng có số electron khác nhau. Mức năng lượng càng thấp thì càng chứa ít electron. Ví dụ, nếu chúng ta ở mức một, sẽ có tối đa hai electron. Ở mức 2, có thể có tới 8 electron, cứ thế.
6. Khi các electron chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, chúng sẽ hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng điện từ. Nếu bạn đi từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác ít hơn, bạn giải phóng năng lượng dư thừa và ngược lại.

Mô hình này là một cuộc cách mạng và cố gắng mang lại sự ổn định cho vật liệu mà các mô hình trước đó không có. Phổ hấp thụ và phát xạ rời rạc của các chất khí cũng được giải thích với mô hình nguyên tử này. Đó là mô hình đầu tiên đưa ra khái niệm lượng tử hóa hay lượng tử hóa. Điều này làm cho mô hình nguyên tử của Bohr trở thành một mô hình nằm giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tử. Mặc dù nó cũng có những thiếu sót, nhưng nó là mô hình tiền thân cho cơ học lượng tử sau này của Schrödinger và các nhà khoa học khác.

Hạn chế và sai sót của mô hình nguyên tử Bohr

Như chúng tôi đã đề cập, mô hình này cũng có những tồn tại và sai sót nhất định. Trước hết, nó không giải thích hoặc đưa ra lý do tại sao các electron chỉ bị giới hạn trong các quỹ đạo cụ thể. Nó trực tiếp giả định rằng các electron có bán kính và quỹ đạo đã biết. Tuy nhiên, đây không phải là như vậy. Một thập kỷ sau Nguyên lý bất định của Heisenberg bác bỏ điều này.

Mặc dù mô hình nguyên tử này có thể mô hình hóa hoạt động của các electron trong nguyên tử hydro, nó không chính xác như vậy khi nói đến các nguyên tố có số lượng electron cao hơn. Nó là một mô hình mà gặp khó khăn khi giải thích hiệu ứng Zeeman. Hiệu ứng này là những gì có thể được nhìn thấy khi các vạch quang phổ được chia làm hai hoặc nhiều hơn khi có từ trường bên ngoài và từ trường tĩnh.

Một trong những lỗi và hạn chế khác mà mô hình này mắc phải là nó cung cấp một giá trị không chính xác cho mô men động lượng của quỹ đạo trạng thái cơ bản. Tất cả những sai sót và hạn chế được đề cập đến khiến mô hình nguyên tử của Bohr bị thay thế bằng lý thuyết lượng tử nhiều năm sau đó.

Tôi hy vọng rằng với bài viết này, bạn có thể hiểu thêm về mô hình nguyên tử của Bohr và các ứng dụng của nó trong khoa học.

Hành tinh nguyên tử, còn gọi là mẫu hành tinh nguyên tử hay mô hình nguyên tử Rutherford, là một mô hình về nguyên tử được nhà vật lý người New Zealand là Ernest Rutherford (1871–1937) đưa ra sau năm 1911.

Một mô tả về mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford dành cho nguyên tử lithi

Trong mẫu hành tinh nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương rất nhỏ bé, tập trung phần lớn khối lượng của nguyên tử ở trung tâm; còn các điện tử mang điện tích âm quay chung quanh hạt nhân trên các quỹ đạo giống như các hành tinh quay chung quanh Mặt Trời.