Për një kohë të gjatë, struktura e atomit ishte një temë e diskutueshme midis fizikantëve, derisa u shfaq një model i krijuar nga shkencëtari danez Niels Bohr. Ai nuk ishte i pari që u përpoq të përshkruante lëvizjen e grimcave nënatomike, por ishin zhvillimet e tij që bënë të mundur krijimin e një teorie të qëndrueshme me aftësinë për të parashikuar vendndodhjen e një grimce elementare në një kohë ose në një tjetër.
Rruga e jetës
Niels Bohr lindi më 7 tetor 1885 në Kopenhagë dhe vdiq atje më 18 nëntor 1962. Ai konsiderohet si një nga fizikantët më të mëdhenj dhe nuk është çudi: ishte ai që arriti të ndërtojë një model të qëndrueshëm të atomeve të ngjashme me hidrogjenin. Sipas legjendës, ai pa në një ëndërr se si diçka si planete rrotullohej rreth një qendre të caktuar të rralluar ndriçuese. Ky sistem më pas u tkurr në mënyrë drastike në madhësinë mikroskopike.
Që atëherë, Bohr ka kërkuar shumë për një mënyrë për ta përkthyer ëndrrën në formula dhe tabela. Duke studiuar me kujdes literaturën moderne mbi fizikën, duke eksperimentuar në laborator dhe duke menduar, ai arriti të arrijëqëllimet. Edhe ndrojtja e lindur nuk e pengoi atë të publikonte rezultatet: i vinte turp të fliste para një auditori të madh, filloi të hutohej dhe publiku nuk kuptoi asgjë nga shpjegimet e shkencëtarit.
Percursors
Para Bohr-it, shkencëtarët u përpoqën të krijonin një model të atomit bazuar në postulatet e fizikës klasike. Përpjekja më e suksesshme i përkiste Ernest Rutherford. Si rezultat i eksperimenteve të shumta, ai arriti në përfundimin për ekzistencën e një bërthame atomike masive, rreth së cilës elektronet lëvizin në orbita. Duke qenë se grafikisht një model i tillë ishte i ngjashëm me strukturën e sistemit diellor, pas tij u forcua emri i atij planetar.
Por kishte një pengesë domethënëse: atomi që korrespondonte me ekuacionet e Rutherford-it doli të ishte i paqëndrueshëm. Herët a vonë, elektronet, duke lëvizur me nxitim në orbitat rreth bërthamës, duhej të binin në bërthamë dhe energjia e tyre do të shpenzohej në rrezatimin elektromagnetik. Për Bohr-in, modeli Rutherford u bë pika fillestare në ndërtimin e teorisë së tij.
Postulati i parë i Bohr
Risia kryesore e Bohr ishte refuzimi i përdorimit të fizikës klasike të Njutonit në ndërtimin e teorisë së atomit. Pasi studioi të dhënat e marra në laborator, ai arriti në përfundimin se një ligj kaq i rëndësishëm i elektrodinamikës si lëvizja e përshpejtuar në mënyrë uniforme pa rrezatim valor nuk funksionon në botën e grimcave elementare.
Rezultati i reflektimeve të tij ishte një ligj që tingëllon si ky: një sistem atomik është i qëndrueshëm vetëm nëse është në një nga stacionet e mundshme.gjendjet (kuantike), secila prej të cilave korrespondon me një energji të caktuar. Kuptimi i këtij ligji, i quajtur ndryshe postulati i gjendjeve kuantike, është të njohë mungesën e rrezatimit elektromagnetik kur një atom është në një gjendje të tillë. Gjithashtu, pasojë e postulatit të parë është njohja e pranisë së niveleve të energjisë në atom.
Rregulli i frekuencës
Megjithatë, ishte e qartë se një atom nuk mund të jetë gjithmonë në të njëjtën gjendje kuantike, pasi stabiliteti mohon çdo ndërveprim, që do të thotë se nuk do të kishte as Univers dhe as lëvizje në të. Kontradikta e dukshme u zgjidh nga postulati i dytë i modelit të strukturës atomike të Bohr-it, i njohur si rregulli i frekuencës. Një atom është në gjendje të lëvizë nga një gjendje kuantike në tjetrën me një ndryshim korrespondues në energji, duke emetuar ose thithur një kuantë, energjia e së cilës është e barabartë me diferencën midis energjive të gjendjeve të palëvizshme.
Postulati i dytë bie gjithashtu në kundërshtim me elektrodinamikën klasike. Sipas teorisë së Maxwell-it, natyra e lëvizjes së një elektroni nuk mund të ndikojë në frekuencën e rrezatimit të tij.
spektri atomi
Modeli kuantik i Bohr-it u mundësua nga studimi i kujdesshëm i spektrit të atomit. Për një kohë të gjatë, shkencëtarët ishin të turpëruar që në vend të rajonit të pritshëm të ngjyrave të vazhdueshme të marrë nga studimi i spektrave të trupave qiellorë, spektrogrami i atomit ishte i ndërprerë. Linjat e ngjyrave të ndezura nuk derdheshin në njëra-tjetrën, por ndaheshin nga zona të errëta mbresëlënëse.
Teoria e kalimit të elektroneve nga një gjendje kuantike nënjë tjetër e shpjegoi këtë çudi. Kur një elektron lëvizte nga një nivel energjie në tjetrin, ku kërkohej më pak energji prej tij, ai lëshonte një kuantë, e cila reflektohej në spektrogram. Teoria e Bohr-it tregoi menjëherë aftësinë për të parashikuar ndryshime të mëtejshme në spektrat e atomeve të thjeshta si hidrogjeni.
Difekte
Teoria e Bohr-it nuk u nda plotësisht me fizikën klasike. Ajo ende ruante idenë e lëvizjes orbitale të elektroneve në fushën elektromagnetike të bërthamës. Ideja e kuantizimit gjatë kalimit nga një gjendje e palëvizshme në tjetrën plotësoi me sukses modelin planetar, por megjithatë nuk i zgjidhi të gjitha kontradiktat.
Megjithëse në dritën e modelit të Bohr-it, elektroni nuk mund të shkonte në një lëvizje spirale dhe të binte në bërthamë, duke rrezatuar vazhdimisht energji, mbeti e paqartë pse ai nuk mund të ngrihej në mënyrë të njëpasnjëshme në nivele më të larta të energjisë. Në këtë rast, të gjitha elektronet herët a vonë do të përfundonin në gjendjen më të ulët të energjisë, gjë që do të çonte në shkatërrimin e atomit. Një problem tjetër ishin anomalitë në spektrat atomike që teoria nuk i shpjegonte. Në vitin 1896, Peter Zeeman kreu një eksperiment kurioz. Ai vendosi një gaz atomik në një fushë magnetike dhe mori një spektrogram. Doli se disa linja spektrale u ndanë në disa. Një efekt i tillë nuk shpjegohej në teorinë e Bohr-it.
Ndërtimi i një modeli të atomit të hidrogjenit sipas Bohr
Pavarësisht të gjitha mangësive të teorisë së tij, Niels Bohr ishte në gjendje të ndërtonte një model realist të atomit të hidrogjenit. Duke vepruar kështu, ai përdori rregullin e frekuencës dhe ligjet e klasikesmekanika. Llogaritjet e Bohr-it për të përcaktuar rrezet e mundshme të orbitave të elektroneve dhe për të llogaritur energjinë e gjendjeve kuantike doli të ishin mjaft të sakta dhe u konfirmuan eksperimentalisht. Frekuencat e emetimit dhe përthithjes së valëve elektromagnetike korrespondonin me vendndodhjen e boshllëqeve të errëta në spektrograme.
Kështu, duke përdorur shembullin e atomit të hidrogjenit, u vërtetua se çdo atom është një sistem kuantik me nivele diskrete të energjisë. Për më tepër, shkencëtari ishte në gjendje të gjente një mënyrë për të kombinuar fizikën klasike dhe postulatet e tij duke përdorur parimin e korrespondencës. Ai thotë se mekanika kuantike përfshin ligjet e fizikës Njutoniane. Në kushte të caktuara (për shembull, nëse numri kuantik ishte mjaft i madh), mekanika kuantike dhe ajo klasike konvergjojnë. Kjo u vërtetua nga fakti se me një rritje të numrit kuantik, gjatësia e boshllëqeve të errëta në spektër u zvogëlua deri në zhdukjen e plotë, siç pritej në dritën e koncepteve njutoniane.
Kuptimi
Pranimi i parimit të korrespondencës është bërë një hap i rëndësishëm i ndërmjetëm drejt njohjes së ekzistencës së mekanikës kuantike speciale. Modeli i atomit i Bohr-it është bërë për shumë njerëz një pikënisje në ndërtimin e teorive më të sakta të lëvizjes së grimcave nënatomike. Niels Bohr nuk ishte në gjendje të gjente një interpretim të saktë fizik të rregullit të kuantizimit, por ai nuk mund ta bënte as këtë, pasi vetitë valore të grimcave elementare u zbuluan vetëm me kalimin e kohës. Louis de Broglie, duke plotësuar teorinë e Bohr-it me zbulime të reja, vërtetoi se çdo orbitë, sipastë cilën elektroni e lëviz është një valë që përhapet nga bërthama. Nga ky këndvështrim, gjendja e palëvizshme e atomit filloi të konsiderohet e tillë që ai formohet në rastin kur vala, pasi ka bërë një rrotullim të plotë rreth bërthamës, përsëritet.
