Bohr modèle de l'atome

Le modèle de Bohr a un atome composé d'un petit noyau chargé positivement en orbite autour d'électrons chargés négativement. Voici un aperçu du modèle Bohr, parfois appelé modèle Rutherford-Bohr.

Niels Bohr a proposé le modèle Bohr de l'atome en 1915. Parce que le modèle de Bohr est une modification du modèle de Rutherford antérieur, certaines personnes appellent le modèle de Bohr le modèle de Rutherford-Bohr. Le modèle moderne de l'atome est basé sur la mécanique quantique. Le modèle de Bohr contient quelques erreurs, mais il est important car il décrit la plupart des caractéristiques acceptées de la théorie atomique sans toutes les mathématiques de haut niveau de la version moderne. Contrairement aux modèles précédents, le modèle de Bohr explique la formule de Rydberg pour les raies d'émission spectrale d'hydrogène atomique.

Le modèle de Bohr est un modèle planétaire dans lequel les électrons chargés négativement orbitent un petit noyau chargé positivement semblable aux planètes en orbite autour du soleil (sauf que les orbites ne sont pas planes). La force gravitationnelle du système solaire s'apparente mathématiquement à la force coulombienne (électrique) entre le noyau chargé positivement et les électrons chargés négativement.

• Les électrons gravitent autour du noyau sur des orbites qui ont une taille et une énergie définies.
• L'énergie de l'orbite est liée à sa taille. L'énergie la plus basse se trouve dans la plus petite orbite.
• Le rayonnement est absorbé ou émis lorsqu'un électron se déplace d'une orbite à une autre.

L'exemple le plus simple du modèle de Bohr est pour l'atome d'hydrogène (Z = 1) ou pour un ion hydrogène (Z> 1), dans lequel un électron chargé négativement orbite autour d'un petit noyau chargé positivement. Énergie électromagnétique sera absorbé ou émis si un électron se déplace d'une orbite à l'autre. Seulement certaines orbites d'électrons sont autorisés. Le rayon des orbites possibles augmente lorsque n², où n est le nombre quantique principal. La transition 3 → 2 produit la première ligne du Série Balmer. Pour l'hydrogène (Z = 1), cela produit un photon ayant une longueur d'onde de 656 nm (lumière rouge).

Les atomes plus lourds contiennent plus de protons dans le noyau que l'atome d'hydrogène. Plus d'électrons ont été nécessaires pour annuler la charge positive de tous ces protons. Bohr croyait que chaque orbite d'électrons ne pouvait contenir qu'un nombre défini d'électrons. Une fois que le niveau était plein, des électrons supplémentaires seraient passés au niveau suivant. Ainsi, le modèle de Bohr pour les atomes plus lourds décrit les coquilles d'électrons. Le modèle a expliqué certaines des propriétés atomiques des atomes plus lourds, qui n'avaient jamais été reproduites auparavant. Par exemple, le modèle de la coquille a expliqué pourquoi les atomes devenaient plus petits en se déplaçant sur une période (ligne) du tableau périodique, même s'ils avaient plus de protons et d'électrons. Il a également expliqué pourquoi les gaz nobles étaient inertes et pourquoi les atomes du côté gauche du tableau périodique attirent les électrons, tandis que ceux du côté droit les perdent. Cependant, le modèle supposait que les électrons dans les coquilles n'interagissaient pas les uns avec les autres et ne pouvait pas expliquer pourquoi les électrons semblaient s'empiler de manière irrégulière.

• Il viole la Principe d'incertitude de Heisenberg car il considère que les électrons ont à la fois un rayon et une orbite connus.
• Le modèle Bohr fournit une valeur incorrecte pour l'état fondamental moment angulaire orbital.
• Il fait de mauvaises prédictions concernant les spectres des plus gros atomes.
• Il ne prédit pas les intensités relatives des raies spectrales.
• Le modèle de Bohr n'explique pas la structure fine et la structure hyperfine des raies spectrales.
• Cela n'explique pas l'effet Zeeman.

Le raffinement le plus important du modèle Bohr a été le modèle Sommerfeld, parfois appelé modèle Bohr-Sommerfeld. Dans ce modèle, les électrons se déplacent sur des orbites elliptiques autour du noyau plutôt que sur des orbites circulaires. Le modèle Sommerfeld était mieux à même d'expliquer les effets spectraux atomiques, tels que l'effet Stark dans la division spectrale des raies. Cependant, le modèle ne pouvait pas accepter le nombre quantique magnétique.

En fin de compte, le modèle de Bohr et les modèles qui en sont issus ont été remplacés par le modèle de Wolfgang Pauli basé sur la mécanique quantique en 1925. Ce modèle a été amélioré pour produire le modèle moderne, introduit par Erwin Schrodinger en 1926. Aujourd'hui, le comportement de l'atome d'hydrogène est expliqué à l'aide de la mécanique des vagues pour décrire les orbitales atomiques.

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