보어의 원자 모델은 무엇입니까?

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원자 이론은 지난 수천 년 동안 먼 길을 왔습니다. 기원전 5 세기부터는 기계적으로 서로 상호 작용 한 18 세기에 달톤의 원자 모델로 이동 한 다음 20 세기에 아 원자 입자와 양자 이론의 발견으로 성숙하는, 분리 할 수없는“유체”에 대한 민주주의 이론이 시작되었습니다. 발견의 여정은 길고 구불 구불했습니다.

아마도 그 과정에서 가장 중요한 이정표 중 하나는 Bohr의 원자 모델로, 때로는 Rutherford-Bohr 원자 모델이라고도합니다. 1913 년 덴마크 물리학자인 닐스 보어 (Niels Bohr)가 제안한이 모델은 원자가 중심 주위의 원형 궤도 (에너지 수준으로 정의 됨)를 따라 이동하는 전자에 둘러싸인 작은 양으로 하전 된 핵으로 묘사합니다.

19 세기 원자 이론 :

가장 초기에 알려진 원자 이론의 예는 고대 그리스와 인도에서 나 왔으며, Democritus와 같은 철학자들은 모든 문제가 작은, 불가분의, 파괴 불가능한 단위로 구성되어 있다고 가정했습니다. “아톰”이라는 용어는 고대 그리스에서 만들어졌으며“아톰”이라고 알려진 생각의 학교를 일으켰습니다. 그러나이 이론은 과학적 개념보다 철학적 개념에 가깝습니다.

19 세기까지 원자 이론이 과학적 문제로 명료 해지고 최초의 증거 기반 실험이 수행되었다. 예를 들어, 1800 년대 초 영국의 과학자 존 달튼 (John Dalton)은 원자의 개념을 사용하여 화학 원소가 관찰 가능하고 예측 가능한 방식으로 반응 한 이유를 설명했습니다. 가스와 관련된 일련의 실험을 통해 Dalton은 Dalton의 원자 이론으로 알려진 것을 개발했습니다.

이 이론은 질량과 명확한 비율의 대화 법칙을 확장하여 다섯 가지 전제로 나뉩니다. 가장 순수한 상태의 원소는 원자라고 불리는 입자로 구성됩니다. 특정 원소의 원자는 모두 마지막 원자까지 동일합니다. 상이한 원소의 원자는 그들의 원자량으로 구별 될 수있다; 원소의 원자가 결합하여 화합물을 형성하고; 원자는 화학 반응에서 생성되거나 파괴 될 수 없으며 그룹화 만 변경됩니다.

전자의 발견 :

19 세기 후반에 과학자들은 원자가 하나 이상의 기본 단위로 구성되어 있다고 이론화하기 시작했습니다. 그러나 대부분의 과학자들은이 단위가 알려진 가장 작은 원자 인 수소의 크기가 될 것이라고 벤처했다. 19 세기 말에는 조셉 존 톰슨 경과 같은 과학자들이 수행 한 연구 덕분에 이러한 상황이 크게 바뀌 었습니다.

Thomson은 음극선 관 (Crookes 'Tube)을 사용한 일련의 실험을 통해 음극선이 전기장과 자기장에 의해 편향 될 수 있음을 관찰했습니다. 그는 빛으로 구성되지 않고 수소보다 1ooo 배 작고 1800 배 더 가벼운 음전하 입자로 구성되어 있다고 결론 지었다.

이것은 수소 원자가 물질의 가장 작은 단위라는 개념을 효과적으로 반증했고, 톰슨은 원자가 나눌 수 있음을 더 제안했다. 양전하와 음전하로 구성된 원자의 전체 전하를 설명하기 위해 Thompson은 음전하를 띤“유체”를 자두 푸딩 모델이라고하는 균일 한 양전하 바다에 분포시키는 모델을 제안했습니다.

이 소체는 나중에 1874 년 영국-아일랜드 물리학 자 George Johnstone Stoney가 예측 한 이론적 입자에 기초하여“전자”로 명명 될 것입니다. 매화 케이크와 건포도. 이 개념은 1904 년 3 월 영국 판에서 세계에 소개되었습니다. 철학적 잡지, 널리 호평합니다.

러더 포드 모델 :

후속 실험에서 자두 푸딩 모델에 대한 많은 과학적 문제가 밝혀졌습니다. 우선, 원자가 "양손 문제"로 알려진 균일 한 양의 배경 전하를 가지고 있음을 보여주는 문제가있었습니다. 5 년 후,이 모델은 알파 입자와 금박 (일명 일명)을 사용하여 일련의 실험을 수행 한 Hans Geiger와 Ernest Marsden에 의해 반증 될 것입니다. "금박 실험"

이 실험에서 Geiger와 Marsden은 형광 스크린으로 알파 입자의 산란 패턴을 측정했습니다. Thomson의 모델이 정확하면 알파 입자는 포일의 원자 구조를 방해받지 않고 통과합니다. 그러나 그들은 대신에 대부분을 똑바로 쏘는 동안 일부는 다양한 방향으로 흩어져 있고 일부는 소스의 방향으로 되돌아 갔다고 지적했다.

가이거와 마스덴은 입자가 Thomson의 모델이 허용하는 것보다 훨씬 큰 정전기력을 경험했다고 결론 지었다. 알파 입자는 단지 헬륨 핵 (양으로 하전 됨)이기 때문에 원자의 양전하가 넓게 분산되지 않고 작은 부피로 농축되었음을 암시했습니다. 또한, 편향되지 않은 입자가 방해받지 않고 통과한다는 사실은 이러한 양의 공간이 거대한 빈 공간으로 분리되었음을 의미합니다.

1911 년 물리학 자 어니스트 러더퍼드는 가이거-마르 덴 실험을 해석하고 톰슨의 원자 모델을 거부했습니다. 대신 그는 원자가 대부분 빈 공간으로 구성된 모델을 제안했는데, 모든 양전하는 중앙에 매우 작은 부피로 집중되어 있으며, 이는 전자 구름으로 둘러싸여있다. 이것은 원자의 러더 포드 모델로 알려지게되었습니다.

보어 모형 :

Antonius Van den Broek와 Niels Bohr의 후속 실험은 모델을 더욱 세분화했습니다. 반 덴 브렉 (Van den Broek)은 원소의 원자 번호가 핵 전하와 매우 유사하다고 제안했지만, 후자는 원자가 양전하의 원자 번호를 포함하고 등가로 둘러싸여있는 태양계와 같은 원자 모델을 제안했다. 궤도 껍질의 전자 수 (일명 Bohr 모델).

또한 Bohr의 모델은 문제가있는 Rutherford 모델의 특정 요소를 개선했습니다. 여기에는 전자가 핵을 공전하면서 전자기 방사선을 방출 할 것이라고 예측 한 고전 역학에서 발생하는 문제가 포함되었습니다. 에너지 손실로 인해, 전자는 빠르게 안쪽으로 나선형이되어 핵으로 붕괴되어야합니다. 요컨대,이 원자 모델은 모든 원자가 불안정하다는 것을 암시했다.

이 모델은 또한 전자가 안쪽으로 나선형을 띠면서 궤도가 작고 빨라짐에 따라 방출이 빠르게 증가 할 것이라고 예측했다. 그러나 19 세기 후반의 방전 실험에서 원자는 특정 이산 주파수에서 전자기 에너지 만 방출하는 것으로 나타났습니다.

보어는 플랑크의 양자 방사선 이론과 일치하는 방식으로 핵을 공전하는 전자를 제안함으로써 이것을 해결했다. 이 모델에서 전자는 특정 에너지로 특정 허용 궤도만을 차지할 수 있습니다. 또한, 그들은 하나의 허용 된 궤도에서 다른 궤도로 뛰어 들어 프로세스에서 전자기 방사선을 흡수하거나 방출함으로써 에너지를 얻고 잃을 수 있습니다.

이 궤도는 명확한 에너지와 관련이 있으며 에너지 포탄 또는 에너지 레벨. 다시 말해, 원자 내부의 전자 에너지는 연속적이지 않고 "정량화"됩니다. 따라서 이러한 수준은 양자 번호로 표시됩니다 엔 (n = 1, 2, 3 등그는 1888 년 스웨덴 물리학 자 요하네스 라이 버그 (Johannes Ryberg)가 많은 화학 원소의 스펙트럼 선의 파장을 설명하기 위해 공식화 한 Ryberg 공식을 사용하여 결정될 수 있다고 주장했다.

보어 모형의 영향 :

Bohr의 모델은 Ryberg의 상수와 Planck의 상수 (일명 양자 이론)를 Rutherford 모델과 병합하여 일부 측면에서 획기적인 것으로 입증되었지만 이후 실험에서 설명 할 몇 가지 결함이있었습니다. 우선, 전자는 알려진 반경과 궤도를 가지고 있다고 생각했는데, Werner Heisenberg는 10 년 후 그의 불확실성 원리로 반증 할 것입니다.

또한 수소 원자에서 전자의 거동을 예측하는 데 유용했지만 Bohr의 모델은 더 큰 원자의 스펙트럼을 예측하는 데 특히 유용하지 않았습니다. 원자가 다중 전자를 갖는 이러한 경우에, 에너지 수준은 보어가 예측 한 것과 일치하지 않았다. 이 모델은 또한 중성 헬륨 원자로는 작동하지 않았습니다.

보어 (Bohr) 모델은 1902 년 네덜란드 물리학 자 Pieter Zeeman이 지적한 현상 인 Zeeman Effect를 설명 할 수 없었으며, 여기서 외부 정적 자기장의 존재 하에서 스펙트럼 선이 둘 이상으로 분할되었습니다. 이로 인해 Bohr의 원자 모델로 몇 가지 개선 작업이 시도되었지만 문제가되는 것으로 입증되었습니다.

결국 이것은 Bois의 모델이 Heisenberg와 Erwin Schrodinger의 연구와 일관된 양자 이론에 의해 대체되는 결과를 초래할 것입니다. 그럼에도 불구하고, Bohr의 모델은 양자 역학과 원자가 껍질 원자 모델과 같은 더 현대적인 이론을 학생들에게 소개하기위한 교육 도구로 유용합니다.

또한“전자 구름”, 기본 입자 및 불확실성을 특징으로하는 모델 인 입자 물리학의 표준 모델을 개발하는 데 중요한 이정표가 될 것입니다.

우리는 여기 우주 잡지에서 원자 이론에 관한 많은 흥미로운 기사를 썼습니다. John Dalton의 원자 모델, 자두 푸딩 모델은 무엇입니까, 전자 클라우드 모델은 무엇입니까?, 민주주의자는 누구입니까? 그리고 원자의 일부는 무엇입니까?

천문학 캐스트에는 주제 138 화 : 양자 역학, 139 화 : 에너지 레벨 및 스펙트럼, 378 화 : 러더 포드와 아톰 스 및 392 화 : 표준 모델 – 서론에 관한 몇 가지 에피소드가 있습니다.

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