Kwa muda mrefu, muundo wa atomi ulikuwa mada inayoweza kujadiliwa kati ya wanafizikia, hadi modeli iliyoundwa na mwanasayansi wa Denmark Niels Bohr ilipotokea. Hakuwa wa kwanza kujaribu kuelezea mwendo wa chembe ndogo ndogo, lakini maendeleo yake ndiyo yaliyowezesha kuunda nadharia thabiti yenye uwezo wa kutabiri eneo la chembe ya msingi kwa wakati mmoja au mwingine.
Njia ya maisha
Niels Bohr alizaliwa mnamo Oktoba 7, 1885 huko Copenhagen na kufia huko mnamo Novemba 18, 1962. Anachukuliwa kuwa mmoja wa wanafizikia wakubwa, na haishangazi: ni yeye ambaye aliweza kuunda mfano thabiti wa atomi kama hidrojeni. Kulingana na hadithi, aliona katika ndoto jinsi kitu kama sayari kilizunguka kituo fulani cha mwanga kisicho na alama. Mfumo huu ulipungua kwa kiasi kikubwa hadi ukubwa wa hadubini.
Tangu wakati huo, Bohr amekuwa akitafuta sana njia ya kutafsiri ndoto hiyo katika fomula na majedwali. Kwa kusoma kwa uangalifu maandiko ya kisasa juu ya fizikia, majaribio katika maabara na kufikiri, aliweza kufikia yakemalengo. Hata aibu ya kuzaliwa haikumzuia kuchapisha matokeo: aliona aibu kuongea mbele ya hadhira kubwa, alianza kuchanganyikiwa, na watazamaji hawakuelewa chochote kutoka kwa maelezo ya mwanasayansi.
Watangulizi
Kabla ya Bohr, wanasayansi walijaribu kuunda kielelezo cha atomi kulingana na machapisho ya fizikia ya kitambo. Jaribio lililofanikiwa zaidi lilikuwa la Ernest Rutherford. Kama matokeo ya majaribio mengi, alifikia hitimisho juu ya uwepo wa kiini kikubwa cha atomiki, ambacho elektroni husogea kwenye obiti. Kwa kuwa kielelezo mfano kama huo ulikuwa sawa na muundo wa mfumo wa jua, jina la sayari moja liliimarishwa nyuma yake.
Lakini ilikuwa na upungufu mkubwa: atomi inayolingana na milinganyo ya Rutherford iligeuka kuwa isiyo thabiti. Hivi karibuni au baadaye, elektroni, zinazohamia kwa kasi katika obiti karibu na kiini, zilipaswa kuanguka kwenye kiini, na nishati yao itatumika kwenye mionzi ya umeme. Kwa Bohr, mtindo wa Rutherford ukawa mahali pa kuanzia katika kujenga nadharia yake mwenyewe.
Nakala ya kwanza ya Bohr
Ubunifu mkuu wa Bohr ulikuwa kukataliwa kwa matumizi ya fizikia ya kitambo ya Newton katika ujenzi wa nadharia ya atomi. Baada ya kusoma data iliyopatikana kwenye maabara, alifikia hitimisho kwamba sheria muhimu kama hiyo ya mienendo ya elektroni kama mwendo ulioharakishwa kwa usawa bila mionzi ya mawimbi haifanyi kazi katika ulimwengu wa chembe za msingi.
Matokeo ya tafakuri yake ilikuwa sheria inayosikika hivi: mfumo wa atomiki ni dhabiti ikiwa tu uko katika mojawapo ya vifaa vinavyoweza kusimama.(quantum) inasema, ambayo kila moja inalingana na nishati fulani. Maana ya sheria hii, inayoitwa kwa njia nyingine postulate ya majimbo ya quantum, ni kutambua kutokuwepo kwa mionzi ya umeme wakati atomi iko katika hali kama hiyo. Pia, tokeo la neno la kwanza ni utambuzi wa kuwepo kwa viwango vya nishati katika atomi.
Sheria ya masafa
Hata hivyo, ilikuwa dhahiri kwamba atomi haiwezi kuwa katika hali sawa ya quantum, kwa kuwa utulivu unakataa mwingiliano wowote, ambayo ina maana kwamba hakutakuwa na Ulimwengu wala harakati ndani yake. Ukinzani unaoonekana ulitatuliwa na waraka wa pili wa muundo wa muundo wa atomiki wa Bohr, unaojulikana kama kanuni ya mzunguko. Atomu ina uwezo wa kuhama kutoka hali moja ya quantum hadi nyingine na mabadiliko yanayolingana ya nishati, kutoa au kunyonya quantum, nishati ambayo ni sawa na tofauti kati ya nishati ya hali ya stationary.
Nakala ya pili pia inakinzana na mienendo ya asili ya kielektroniki. Kulingana na nadharia ya Maxwell, asili ya mwendo wa elektroni haiwezi kuathiri mzunguko wa mionzi yake.
Wigo wa Atomu
Muundo wa quantum wa Bohr uliwezekana kwa kusoma kwa uangalifu wigo wa atomi. Kwa muda mrefu, wanasayansi walikuwa na aibu kwamba badala ya eneo la rangi inayotarajiwa inayoendelea kupatikana kwa kusoma spectra ya miili ya mbinguni, spectrogram ya atomi ilikuwa imekoma. Mistari ya rangi angavu haikutiririka hadi nyingine, lakini ilitenganishwa na maeneo ya giza yenye kuvutia.
Nadharia ya mpito wa elektroni kutoka hali moja ya quantum hadimwingine alielezea hii isiyo ya kawaida. Wakati elektroni ilihamia kutoka ngazi moja ya nishati hadi nyingine, ambapo nishati kidogo ilihitajika kwake, ilitoa quantum, ambayo ilionyeshwa kwenye spectrogram. Nadharia ya Bohr ilionyesha mara moja uwezo wa kutabiri mabadiliko zaidi katika mwonekano wa atomi rahisi kama hidrojeni.
Dosari
Nadharia ya Bohr haikuachana kabisa na fizikia ya kitambo. Bado alihifadhi wazo la mwendo wa obiti wa elektroni kwenye uwanja wa sumakuumeme wa kiini. Wazo la ujanibishaji wakati wa mpito kutoka hali moja ya tuli hadi nyingine lilikamilisha kwa mafanikio kielelezo cha sayari, lakini bado halikusuluhisha kinzani zote.
Ingawa kwa kuzingatia modeli ya Bohr, elektroni haikuweza kwenda katika mwendo wa ond na kuanguka ndani ya kiini, ikiendelea kutoa nishati, haikufahamika kwa nini haikuweza kupanda hadi viwango vya juu vya nishati mfululizo. Katika kesi hii, elektroni zote mapema au baadaye zingeishia katika hali ya chini ya nishati, ambayo ingesababisha uharibifu wa atomi. Shida nyingine ilikuwa hitilafu katika taswira ya atomiki ambayo nadharia haikueleza. Huko nyuma mnamo 1896, Peter Zeeman alifanya jaribio la kushangaza. Aliweka gesi ya atomiki kwenye uwanja wa sumaku na kuchukua spectrogram. Ilibadilika kuwa baadhi ya mistari ya spectral imegawanyika katika kadhaa. Athari kama hiyo haikufafanuliwa katika nadharia ya Bohr.
Kuunda kielelezo cha atomi ya hidrojeni kulingana na Bohr
Licha ya mapungufu yote ya nadharia yake, Niels Bohr aliweza kuunda kielelezo halisi cha atomi ya hidrojeni. Kwa kufanya hivyo, alitumia kanuni ya mzunguko na sheria za classicalmechanics. Hesabu za Bohr za kuamua radii iwezekanayo ya obiti za elektroni na kukokotoa nishati ya majimbo ya quantum ziligeuka kuwa sahihi kabisa na zilithibitishwa kwa majaribio. Masafa ya utoaji na ufyonzwaji wa mawimbi ya sumakuumeme yalilingana na eneo la mapengo meusi kwenye spectrogramu.
Kwa hivyo, kwa kutumia mfano wa atomi ya hidrojeni, ilithibitishwa kuwa kila chembe ni mfumo wa quantum na viwango vya nishati tofauti. Kwa kuongezea, mwanasayansi aliweza kupata njia ya kuchanganya fizikia ya kitambo na maandishi yake kwa kutumia kanuni ya mawasiliano. Inasema kuwa mechanics ya quantum inajumuisha sheria za fizikia ya Newton. Chini ya hali fulani (kwa mfano, ikiwa nambari ya quantum ilikuwa kubwa ya kutosha), mechanics ya quantum na classical huungana. Hii ilithibitishwa na ukweli kwamba kwa kuongezeka kwa idadi ya quantum, urefu wa mapengo meusi kwenye wigo ulipungua hadi kutoweka kabisa, kama inavyotarajiwa kulingana na dhana ya Newton.
Maana
Kuanzishwa kwa kanuni ya mawasiliano imekuwa hatua muhimu ya kati kuelekea utambuzi wa kuwepo kwa mechanics maalum ya quantum. Mfano wa Bohr wa atomi umekuwa sehemu ya kuanzia kwa wengi katika kujenga nadharia sahihi zaidi za mwendo wa chembe ndogo ndogo. Niels Bohr hakuweza kupata tafsiri halisi ya kimwili ya sheria ya quantization, lakini hakuweza kufanya hivyo pia, kwani mali ya wimbi la chembe za msingi ziligunduliwa kwa muda tu. Louis de Broglie, akiongeza nadharia ya Bohr na uvumbuzi mpya, alithibitisha kwamba kila mzunguko, kulingana naambayo elektroni husogea ni wimbi linaloenea kutoka kwenye kiini. Kwa mtazamo huu, hali ya kusimama ya atomi ilianza kuzingatiwa kwamba inaundwa katika kesi wakati wimbi, baada ya kufanya mapinduzi kamili kuzunguka kiini, linarudia.
