玻尔模型

玻尔模型是一种原子模型，将原子的结构描述为电子围绕带正电荷的小质子核在圆形轨道上旋转，就像太阳系一样。就像太阳系中太阳用引力拉动行星一样，玻尔模型的原子核通过电磁力吸引电子。这是对过去的葡萄干布丁模型（1904）、土星模型（1904）和卢瑟福模型（1911）的改进。由于玻尔模型是卢瑟福模型的修改版基于量子力学的模型，在许多书籍中，将两者结合起来称为卢瑟福-玻尔模型。

尼尔斯·玻尔 (Nils Bohr) 于 1913 年提出的玻尔模型，因其成功地解释了氢原子发射线的里德堡公式而获得了科学界的支持。在此之前，人们都知道里德堡公式在实验上是成立的，但原因是这是因为没有办法做到这一点。后来随着量子力学的发展，玻尔模型被更精确的模型（价层）取代，但它被广泛教授给第一次学习量子力学的学生由于其简单性和对特殊情况给出准确结果的优点，有。阿瑟·埃里希·哈斯（Arthur Erich Haas）在1910年提出了一个类似于玻尔模型的模型，但并不为人们所熟知。

20世纪初，欧内斯特·卢瑟福的实验建立了原子的概念，原子是由一个小而致密的带负电的电子云包裹着一个带正电的原子核组成的，根据这些实验数据，卢瑟福开发了一个太阳系模型原子模型。虽然这个太阳系模型是在1911年提出的，但它存在一个技术问题。经典物理定律预测，电子绕原子核运行时会发射电磁辐射。根据上述过程，电子会失去能量并迅速向内移动。卷曲起来，在大约 16 皮秒左右的时间里，它会与原子核碰撞，并给出所有原子都处于非常不稳定状态的错误。此外，随着电子轨道卷入，它们变得更小，轨道周期更快，因此然而，19世纪末进行的放电实验表明，原子仅在特定频率下离散地发射电磁辐射。

为了克服这一限制，尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 于 1913 年提出了一个模型，现在称为玻尔原子模型，假设电子只能进行某些经典运动。

• 原子的电子绕着原子核旋转。电子与原子核之间的电引力起到向心力的作用，电子绕着原子核做圆周运动。
• 电子不发射电磁辐射，仅在远离原子核的特定轨道上稳定运行（稳态 - 电子在具有一定能量和半径的轨道上以恒定圆周运动运动的状态）。这些轨道与无穷大的能量值有关，也称为能量壳或能级。根据经典电磁学，在这些轨道中，电子的加速不会造成辐射或能量损失。玻尔模型基于普朗克的量子理论。

玻尔模型的重要性在于它引入了经典力学的量子条件来解释电子的运动，由于辐射过程涉及两个不同周期的轨道，因此对于小轨道的规则3没有很好的定义，但是玻尔之间的能量间隔使用规则和量子规则计算级别。

其他要点：

• 与爱因斯坦的光电效应一样，玻尔公式也假设能量在量子跃迁过程中离散地释放。然而，与爱因斯坦不同的是，玻尔坚持经典的麦克斯韦电磁学理论。玻尔不相信光子的存在和光子的量子化电磁场可以通过原子能级的不连续性来解释。
• 根据麦克斯韦理论，经典辐射的频率等于在轨道中形成驻波的电子的轨道频率。先前的跃迁产生n个轨道的k个谐波模式。对于足够大的n值（称为里德堡态），参与跃迁过程的两个轨道具有大致相同的轨道频率，这决定了经典轨道频率。但是，对于小n（或大K），辐射现象不能被解释为经典解释。这标志着量子理论的诞生，只有在宏观世界中经典理论才像量子理论。
• Bohr-Cramer-Slater 理论未能扩展玻尔模型，因为违反了量子跃迁期间的能量和动量守恒定律。

玻尔定律可以从德布罗意的物质波推导出来，λ=h/p。然而，在1913年，玻尔在没有通过波分析揭示的情况下证明了他的模型。在1913年，电子等粒子在1925年出现了一种新的粒子。提出了力学，量子力学。玻尔的模型，其中量子化的电子运动，可以通过量子力学扩展到稍微更精确的模型。这个新理论星系是由艾森伯格提出的，以及同一理论的另一种形式，波力学，是由奥地利物理学家薛定谔独立研究建立的，定义了类氢原子描述运动的三维波动方程。

玻尔的原子模型只能在两个带电点以比光慢得多的速度绕轨道运行的系统中给出准确的结果，其中包括鎓（一种亚稳定状态，其中正电子和电子由于静电引力而结合在一起）和里德伯态某些原子（一个电子远离所有其他电子的状态）。

围绕质子运行的电子。对于无穷大的 r 值，能量为零，这对应于距离质子无限远的静止电子的能量。事实上，在任何一个原子系统中，电子距离质子越远原子核越多，原子核的影响越小，所以动能 机械能是势能的一半，这也适用于不是维里定理来源的轨道。

（此时的维里定理是一个将动能（KE）和势能（PE）联系起来的理论。假设天体处于不收缩也不膨胀的稳定状态，KE与PE的关系为2=用-表示，相应地，如果星系总能量(TE)=KE+PE换种表达方式，则可表示为TE=-KE=1/2PE。）在具有多个电子的系统中，无法解析实际的能级，因为该电子不仅受到原子核的影响，而且还通过库仑力与其他电子相互作用。如果它们是稳定的，足够大的原子核就会有一个正电子在无穷远处（每个粒子都有自己的反粒子，在这种情况下，正电子是电子的反粒子。当这些反粒子遇到自己的粒子时，它们成对湮灭，释放能量，它们具有相同的质量但不同会减少它们的电荷通过从空白空间形成受限电子。

这一事实在历史上很重要，因为它使卢瑟福相信玻尔模型的重要性，因为它表明单调氦光谱中的谱线频率与氢的差异并不正好是 4 的分数（数量），而是因为它解释了这样一个事实：对于氦系统，氢与氢的折合质量相差 4 倍。对于正电子，该方程也使用折合质量，但在这种情况下 ，恰好是电子质量的一半。对于任何半径值，电子和正电子都以一半的速度围绕其共同质心运动，并且各自的动能只有 1/4，是单个电子围绕重原子核运动的一半。

里德伯公式是先于玻尔公式的经验上众所周知的公式。通过玻尔理论，可以解释轨道间能级之间发生的量子跃迁或能量转移。玻尔公式包括普朗克常数和电子电荷。这给出了数值，因为我们可以用众所周知的和测量的自然常数来表达里德伯常数。电子从其原始能态移动到更高的能态，然后回到其原始状态，直到它返回到其原始状态。一个量子在这次，利用针对氢的不同能态推导的公式，确定了氢原子能够发射的光的波长，氢原子发射的量子的能量由差值给出。

对于这些形式，一直有非理论的解释，或者对R的数值的非理论预测，直到玻尔。玻尔的词源里德伯常数，以及玻尔公式与光谱中观测到的谱线的一致，以及对其他尚未观测到的谱线的成功理论预测，是他的模型立即被接受的原因之一。为了应用于具有更多电子的原子，里德堡公式可以通过将Z替换为Z-b或将n替换为n-b来修改，其中b代表其他电子和内电子的屏蔽效应，这是在提出他的模型之前根据经验建立的。

玻尔扩展了氢的原子模型，为重原子提供了一个近似模型。这在物理学中提供了一种情况，再现了原子的许多众所周知的性质。重原子在其原子核中释放出许多质子。有更多的电子可以抵消电荷。

玻尔的想法是，每个单独的轨道只能容纳一定数量的电子，当这个轨道满了之后，再使用下一个轨道。这意味着原子有一个壳层结构，每个壳层对应一个玻尔轨道。这个模型是偶数比氢更接近，因为它将每个壳中的电子视为不相关。然而，电子之间的排斥在某种程度上可以通过屏蔽效应来解释。

外层轨道的电子不仅绕原子核运行，它们还围绕内层电子运动，因此它们感受到的净电荷Z会因内层轨道电子的数量而减少。例如，锂原子最低的1s内有两个电子它的轨道，并且在 Z = 2 处有这些轨道。每一个都表明 Z = 3 处的核电荷抵消了其他电子的屏蔽效应，这公然地将核电荷减少了大约一个单位。这意味着最里面的电子围绕大约 1/4 玻尔半径运行。因为它们减少了电荷，这些外层电子必须存在于距原子核大约 1 玻尔径向距离处，因为它们彼此强烈排斥，并且实际的电荷描述非常近似；实际的电荷Z通常是整数1.不表示为

然而，莫斯利定律通过实验研究了最里面的电子对，并表明它们可以表现出大约 Z - 1 的核电荷。另一方面，最外层壳中只有一个电子的原子或离子中的最外层电子在旋转。具有有效电荷 Z-k 的轨道，其中 k 是内壳中的电子总数。

壳模型可以定性地描述许多迷宫中原子的属性，这些属性直到 19 世纪末才被编码在元素周期表中。其中一个属性，即原子的大小，是通过测量近似纯晶体固体的密度和气体的速度。可能是这样。当您在元素周期表中向右移动时，原子往往会变小，而当您移动到下一个周期时，原子会变大。元素周期表右侧的原子往往会获得电子，而原子则倾向于获得电子。左边倾向于获得它们元素周期表最后一组的元素是化学惰性气体。

在壳层模型中，这种现象可以通过壳层填充来解释，因为它们填充相同大小的轨道，直到轨道填满，这会导致外层电子膨胀，因为周期表上下一个价电子之间的排斥力导致其膨胀。第一个玻尔轨道在有两个电子时是满的，这解释了为什么氦是惰性的。第二个轨道接受八个电子，当它满时原子变成氖。，也是不活跃的。第三个轨道又包含八个，只不过索末菲的理论中有一个额外的 d 轨道电子，这是更正确的。直到下一个轨道的几个轨道被填充时，它才会被电子填充。不规则的填充模式是电子相互作用的结果，即玻尔或索末菲原子模型无法解释，甚至在目前的处理中也很难计算。