بحث عن نموذج بور الذري

تمكنت الكيمياء الكم من تحقيق توافق بين النظرية والتجربة حتى فيما يتعلق بالجزيئات الكبيرة نسبيا، بفضل القوة الحسابية التي تتغلب على صعوبة معالجة تفاعلات الالكترون بالالكترون، وتعتمد المناقشات الشائعة للبنية الإلكترونية الجزيئية على حل العديد من الجسيمات باستخدام طرق شرو مونتي كارلو، ومع ذلك، لا يزال هناك حاجة لفهم الهياكل الالكترونية بطريقة بسيطة، وقدم نموذج بور هذا الفهم الجديد.

يعد نموذج بور الذري، من أهم نماذج الفيزياء الذرية، وهو من النماذج السهلة التي يتم دراستها في ميكانيكا الكم. ويعرف النموذج بعدة أسماء، منها نموذج رذرفورد-بور، أو نموذج بور، أو مخطط بور، والذي قدمه كل من نيلز بور وإرنست رذرفورد، عام 1913 م. حيث يقوم النموذج على تصوير الذرة باعتبارها نواة صغيرة، مشحونة إيجابيا ومحاطة بالإلكترونات التي تسافر في مدارات دائرية حول النواة على غرار النظام الشمسي، ولكن مع الجذب الذي تقدمه القوى الكهربائية بديلا عن الجاذبية.

تاريخ النظرية:

بعد نموذج كيوبيك لعام 1902م ونموذج الكمثرى لعام 1904م ونموذج الزحلي لعام 1904م أيضا ونموذج رذرفورد لعام 1910م، ظهر نموذج رذرفورد-بور أو نموذج بور فقط، وكان معظم تفسيره ماديا كميا، حيث كانت السبب الرئيسي لنجاح النموذج هو شرح صيغة ريدبرغ لخطوط الانبعاث الطيفية للهيدروجين الذري، في حين كانت الصيغة معروفة تجريبيا، إلا أنه لم يحصل على أساس نظري حتى تم إدخال نموذج بور.

لم يقتصر دوره على تفسير صيغة رايدبرغ فحسب، بل قدم أيضا تفسيرا لنتائج التجارب بناء على الثوابت الفيزيائية الأساسية. يعد نموذج بور نموذجا أوليا نسبيا لذرة الهيدروجين، بالمقارنة مع ذرة التكافؤ الذري، ويعتبر نظرية قابلة للاشتقاق كتقريب أولي لميكانيكا الكم. على الرغم من أن هذه النظرية تعتبر قديمة، إلا أنها ما زالت مستخدمة في تعليم طلاب ميكانيكا الكم والرسوم البيانية لمستوى الطاقة، بسبب بساطتها ودقتها في النتائج .

ومع ذلك، في الأوساط العلمية عموما، يقال أن النظرية تفشل عندما يتم تطبيقها، على عدد قليل من أنظمة الإلكترون مثل جزيء “جزيء H2″، وتم ربط النموذج بتحجيم وتكييف الأبعاد مع كروموديناميكا، ويعامل هذا النهج الإلكترونات كجسيمات، ويتم تحديد مواقعها من خلال تحسين وظيفة الطاقة الجبرية المستمدة من حد البعد الكبير لمعادلة شرونجر.

والعوامل الرئيسية للنظرية :

المدارات المسموحة تعتمد على قيم الكمات المنفصلة لمدار العزم الزاوي L، أو الاعتماد الزاوي لحجم قيمة عنصر جاكوبيان، والذي يتنافس مع التنافر بين إنترلكترون المتضمنة الرئيسية، يمكن للإلكترونات في هذا النموذج أن تكون على مسافة ترتبط بها البروتون، وعند تواجدها، يستلزم ذلك فقدان طاقة الإشعاع الضوئي، فيحدث تقليل في نصف قطر دوران الإلكترون حول البروتون، مما يؤدي إلى تدمير الذرة، وهذا يشرح نظرية الطيف الذي يوضح أن الإلكترون يدور في مدارات ينبعث منها الضوء في ترددات وطاقات محددة.

يشير بور إلى أن طيف الهيدروجين hydrogen spectrum يتكون من الالكترونات التي تمتص الفوتونات photons (وحدات الكم الضوئية) وتنبعث منها، وتتغير مستويات الطاقة حسب موقع الفوتون.

فروض نظرية بور:

استخدم بور بعض فروض Rutherford ، عن تركيب الذرة ، وهي تواجد الذرة في مركز النواه الموجبة ، أن عدد الالكترونات السالبة ، تساوي عدد الشحنات الموجبة التي تحملها النواة ، وأنه أثناء دوران الإلكترون حول النواة ، تنشأ قوة مركزية ، تعادل قوة جذب النواة للإلكترون ، وقام بعدها بإضافة عدد من الفروض:

يتحرك الإلكترون حول النواة بسرعة عالية دون فقدان أي طاقته.

تدور الإلكترونات حول النواة في عدد من المستويات الثابتة، وتكون المساحات بين المستويات محرمة بالكامل لدوران الإلكترون.

يتوقف طاقة إلكترون معين على بعد مستوى طاقة النواة، وتزداد كلما زاد نصف القطر، ويُسمى كل مستوٍ بعدد صحيح يُسمى عدد الكم الرئيس.

4- في الحالة المستقرة، يظل الإلكترون في أدنى مستوى للطاقة، وعند اكتسابه كمية من الطاقة، سواء عن طريق التسخين أو التفريغ الكهربائي، تصبح الذرة منبهة، ويبدأ الإلكترون بالانتقال بشكل مؤقت إلى مستوى طاقة أعلى. ويعتمد ذلك على كمية الطاقة المكتسبة، والإلكترون في المستوى العلوي غير مستقر، ثم يعود إلى المستوى الأصلي ويفقد نفس الكمية من الطاقة التي اكتسبها أثناء التحفيز. يتجلى ذلك على شكل إشعاع ضوء، وله طول موجي وتردد مميز.

تمتص الذرات كميات مختلفة من الطاقة، وفي الوقت نفسه يشع العديد من الذرات كميات أخرى من الطاقة، وتفسر خطوط طيف الهيدروجين.

عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة إلى آخر، فإنه لا يبقى ثابتًا على مسافة ثابتة بين مستويات الطاقة، بل يقفز بين مستويات الطاقة بقفزات محدودة، ويتم حساب كمية الطاقة المكتسبة.