MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ CỦA BOHR: ĐẶC ĐIỂM VÀ ĐỊNH ĐỀ - VẬT LÝ - 2026

Các mô hình nguyên tử Bohr là một đại diện của nguyên tử bởi nhà vật lý Đan Mạch Neils Bohr (1885-1962) đề xuất. Mô hình thiết lập rằng electron chuyển động theo quỹ đạo ở một khoảng cách cố định xung quanh hạt nhân nguyên tử, mô tả một chuyển động tròn đều. Các quỹ đạo - hay mức năng lượng, như ông gọi - có năng lượng khác nhau.

Mỗi khi electron thay đổi quỹ đạo, nó sẽ phát ra hoặc hấp thụ năng lượng với số lượng cố định được gọi là "lượng tử". Bohr giải thích quang phổ của ánh sáng do nguyên tử hydro phát ra (hoặc hấp thụ). Khi một êlectron chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác về phía hạt nhân thì bị mất năng lượng và phát ra ánh sáng có bước sóng và năng lượng đặc trưng.

Nguồn: wikimedia.org. Tác giả: Sharon Bewick, Adrignola. Hình minh họa mô hình nguyên tử của Bohr. Proton, quỹ đạo và electron.

Bohr đánh số các mức năng lượng của electron, coi rằng electron càng gần hạt nhân, trạng thái năng lượng của nó càng thấp. Do đó, electron càng ở xa hạt nhân thì số mức năng lượng sẽ càng lớn và do đó, trạng thái năng lượng sẽ lớn hơn.

Những đặc điểm chính

Các tính năng của mô hình Bohr rất quan trọng vì chúng xác định con đường dẫn đến sự phát triển của một mô hình nguyên tử hoàn chỉnh hơn. Những điều chính là:

Nó được hỗ trợ bởi các mô hình và lý thuyết khác của thời đó

Mô hình của Bohr là mô hình đầu tiên kết hợp lý thuyết lượng tử, dựa trên mô hình nguyên tử của Rutherford và ý tưởng lấy từ hiệu ứng quang điện của Albert Einstein. Thực tế, Einstein và Bohr là bạn của nhau.

Bằng chứng thực nghiệm

Theo mô hình này, các nguyên tử chỉ hấp thụ hoặc phát ra bức xạ khi các electron nhảy giữa các quỹ đạo cho phép. Các nhà vật lý người Đức James Franck và Gustav Hertz đã thu được bằng chứng thực nghiệm cho những trạng thái này vào năm 1914.

Các electron tồn tại ở các mức năng lượng

Các electron bao quanh hạt nhân và tồn tại ở những mức năng lượng nhất định, chúng rời rạc và được mô tả bằng số lượng tử.

Giá trị năng lượng của các mức này tồn tại dưới dạng hàm của một số n, được gọi là số lượng tử chính, có thể được tính toán bằng các phương trình sẽ được trình bày chi tiết sau.

Không có năng lượng thì không có chuyển động của electron

Nguồn: wikimedia.org. Tác giả: Kurzon

Hình minh họa phía trên cho thấy một electron tạo ra các bước nhảy lượng tử.

Theo mô hình này, không có năng lượng thì không có chuyển động của electron từ mức này sang mức khác, cũng như không có năng lượng thì không thể nâng một vật đang rơi hoặc tách hai nam châm.

Bohr đề xuất lượng tử là năng lượng cần thiết của một electron để truyền từ mức này sang mức khác. Ông cũng thiết lập rằng mức năng lượng thấp nhất mà một electron chiếm được gọi là "trạng thái cơ bản". "Trạng thái kích thích" là một trạng thái không ổn định hơn, là kết quả của sự di chuyển của một điện tử đến một quỹ đạo có năng lượng cao hơn.

Số electron trong mỗi lớp vỏ

Các electron nằm gọn trong mỗi lớp vỏ được tính bằng 2n ²

Các nguyên tố hóa học nằm trong bảng tuần hoàn và ở cùng cột có cùng electron ở lớp vỏ cuối cùng. Số elecron trong bốn lớp đầu tiên sẽ là 2, 8, 18 và 32.

Các êlectron quay theo quỹ đạo tròn mà không tỏa năng lượng

Theo Định lý đầu tiên của Bohr, các electron mô tả quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân nguyên tử mà không bức xạ năng lượng.

Quỹ đạo cho phép

Theo Định luật thứ hai của Bohr, những quỹ đạo duy nhất cho phép của một electron là những quỹ đạo mà momen động lượng L của electron là bội số nguyên của hằng số Planck. Về mặt toán học, nó được diễn đạt như thế này:

Năng lượng phát ra hoặc hấp thụ trong các bước nhảy

Theo Định đề thứ ba, các electron sẽ phát ra hoặc hấp thụ năng lượng khi nhảy từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. Trong bước nhảy quỹ đạo, một photon được phát ra hoặc hấp thụ, năng lượng của nó được biểu diễn bằng toán học:

Mô hình nguyên tử của Bohr định đề

Bohr tiếp tục mô hình hành tinh của nguyên tử, theo đó các electron quay quanh một hạt nhân mang điện tích dương, giống như các hành tinh xung quanh Mặt trời.

Tuy nhiên, mô hình này thách thức một trong những định đề của vật lý cổ điển. Theo đó, một hạt có điện tích (chẳng hạn như electron) chuyển động theo đường tròn, liên tục mất năng lượng do phát ra bức xạ điện từ. Khi mất năng lượng, electron sẽ phải đi theo hình xoắn ốc cho đến khi rơi vào hạt nhân.

Bohr sau đó cho rằng các định luật vật lý cổ điển không phù hợp nhất để mô tả tính ổn định quan sát được của nguyên tử và đưa ra ba định đề sau:

Định đề đầu tiên

Electron đi quanh hạt nhân theo những quỹ đạo vẽ những đường tròn, không bức xạ năng lượng. Trong các quỹ đạo này, momen động lượng quỹ đạo không đổi.

Đối với các electron của nguyên tử, chỉ cho phép sử dụng các quỹ đạo có bán kính nhất định, tương ứng với các mức năng lượng xác định.

Định đề thứ hai

Không phải tất cả các quỹ đạo đều có thể. Nhưng một khi electron ở trong một quỹ đạo cho phép, nó ở trạng thái có năng lượng riêng và không đổi và không phát ra năng lượng (quỹ đạo năng lượng dừng).

Ví dụ, trong nguyên tử hydro, năng lượng cho phép đối với electron được cho bởi phương trình sau:

Trong phương trình này, giá trị -2,18 x 10 ^–18 là hằng số Rydberg của nguyên tử hydro và n = số lượng tử có thể nhận các giá trị từ 1 đến ∞.

Năng lượng electron của nguyên tử hydro được tạo ra từ phương trình trước là âm với mỗi giá trị của n. Khi n tăng, năng lượng âm ít hơn và do đó, tăng lên.

Khi n đủ lớn - ví dụ, n = ∞ - năng lượng bằng không và biểu thị rằng electron đã được giải phóng và nguyên tử bị ion hóa. Trạng thái năng lượng không này chứa năng lượng cao hơn trạng thái năng lượng âm.

Định đề thứ ba

Một electron có thể thay đổi từ quỹ đạo năng lượng đứng yên này sang quỹ đạo năng lượng đứng yên khác bằng cách phát xạ hoặc hấp thụ năng lượng.

Năng lượng tỏa ra hoặc hấp thụ sẽ bằng sự chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái. Năng lượng E này ở dạng một photon và được cho bởi phương trình sau:

E = h ν

Trong phương trình này, E là năng lượng (hấp thụ hoặc phát ra), h là hằng số Planck (giá trị của nó là 6,63 x 10 ^-34 jun-giây) và ν là tần số ánh sáng, có đơn vị là 1 / s .

Biểu đồ mức năng lượng cho nguyên tử hydro

Mô hình Bohr đã có thể giải thích một cách thỏa đáng quang phổ của nguyên tử hydro. Ví dụ, trong dải bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô như sau:

Hãy xem cách tính tần số của một số dải sáng quan sát được; ví dụ, màu đỏ.

Sử dụng phương trình đầu tiên và thay 2 và 3 cho n, ta thu được kết quả như trong sơ đồ.

Điều đó có nghĩa là:

Với n = 2, E ₂ = -5,45 x 10 ^-19 J

Với n = 3, E ₃ = -2,42 x 10 ^-19 J

Sau đó có thể tính toán sự chênh lệch năng lượng cho hai mức:

ΔE = E ₃ - E ₂ = (-2,42 - (- 5,45)) x 10 ^{- 19} = 3,43 x 10 ^{- 19} J

Theo phương trình được giải thích trong định đề thứ ba ΔE = h ν. Vì vậy, bạn có thể tính ν (tần số ánh sáng):

ν = ΔE / h

Điều đó có nghĩa là:

ν = 3,43 x 10 ^–19 J / 6,63 x 10 ^-34 Js

ν = 4,56 x 10 ¹⁴ s ^-1 hoặc 4,56 x 10 ¹⁴ Hz

Là λ = c / ν, và tốc độ ánh sáng c = 3 x 10 ⁸ m / s, bước sóng được cho bởi:

λ = 6,565 x 10 ^{- 7} m (656,5 nm)

Đây là giá trị bước sóng của dải màu đỏ quan sát được trong quang phổ vạch hydro.

3 hạn chế chính của mô hình Bohr

1- Nó thích ứng với quang phổ của nguyên tử hydro nhưng không thích ứng với quang phổ của các nguyên tử khác.

2- Tính chất sóng của electron không được biểu diễn trong mô tả về nó như một hạt nhỏ quay quanh hạt nhân nguyên tử.

3- Bohr không thể giải thích tại sao thuyết điện từ cổ điển không áp dụng cho mô hình của mình. Đó là lý do tại sao các electron không phát ra bức xạ điện từ khi chúng ở trên quỹ đạo đứng yên.

Các bài báo quan tâm

Mô hình nguyên tử của Schrödinger.

Mô hình nguyên tử De Broglie.

Mô hình nguyên tử của Chadwick.

Mô hình nguyên tử Heisenberg.

Mô hình nguyên tử của Perrin.

Mô hình nguyên tử của Thomson.

Mô hình nguyên tử của Dalton.

Mô hình nguyên tử Dirac Jordan.

Mô hình nguyên tử của Democritus.

Mô hình nguyên tử Sommerfeld.

Người giới thiệu

1. Brown, TL (2008). Hóa học: khoa học trung tâm. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall
2. Eisberg, R., & Resnick, R. (2009). Vật lý lượng tử của nguyên tử, phân tử, chất rắn, hạt nhân và hạt. New York: Wiley
3. Mô hình nguyên tử Bohr-Sommerfeld. Phục hồi từ: fisquiweb.es
4. Joesten, M. (1991). Thế giới hóa học. Philadelphia, Pa .: Nhà xuất bản Cao đẳng Saunders, trang 76-78.
5. Mô hình của Bohr de l'atome d'hydrogène. Được khôi phục từ fr.khanacademy.org
6. Izlar, K. Rétrospective sur l'atome: le modèle de Bohr a cent ans. Đã khôi phục từ: home.cern