พัฒนาการของวิทยาศาสตร์ในบางครั้งมีอิทธิพลต่ออารยธรรมของมนุษย์ หนึ่งในนั้นเป็นเรื่องเกี่ยวกับอะตอมซึ่งทฤษฎีของอะตอมมีมาตั้งแต่หลายศตวรรษก่อนคริสต์ศักราชและยังคงมีการศึกษาทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์หลายครั้งเพื่อสร้างทฤษฎีที่เป็นประโยชน์สำหรับวิทยาศาสตร์ในอนาคต
หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับอะตอมคือนีลส์บอร์ซึ่งรู้จักกันในชื่อทฤษฎีอะตอมของบอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์กได้นำเสนอแบบจำลองอะตอมของบอร์ในปีพ. ศ. 2456 โดยอธิบายว่าอะตอมเป็นนิวเคลียสขนาดเล็กที่มีประจุบวกล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในวงโคจรวงกลม โดยที่วงโคจรวงกลมล้อมรอบแกนกลางด้วย
แบบจำลองอะตอมของบอร์มีลักษณะคล้ายกับระบบสุริยะ แต่แรงโน้มถ่วงของมันจะถูกแทนที่ด้วยแรงไฟฟ้าสถิต การค้นพบคุณสมบัติคู่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและการทดลองที่แสดงปริมาณพลังงานช่วยให้นีลบอร์สร้างแบบจำลองของอะตอมซึ่งสามารถเอาชนะจุดอ่อนบางประการของแบบจำลองรูเฮอร์ฟอร์ดได้ มี 6 ประเด็นหลักจากทฤษฎีอะตอมของ Bohr ได้แก่ :
- อิเล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนจะวนรอบนิวเคลียสเป็นวงกลม แต่มีพลังงานที่แน่นอนเรียกว่าวงโคจร
- พลังงานของอิเล็กตรอนในวงโคจรเหล่านี้ถูกกำหนดโดยระยะทางของอิเล็กตรอนถึงนิวเคลียสของอะตอมยิ่งไกลจากนิวเคลียสพลังงานของอิเล็กตรอนจะสูงกว่า
- เฉพาะในวงโคจรที่มีระดับพลังงานหนึ่งเท่านั้นที่สามารถอิเล็กตรอนล้อมรอบนิวเคลียสได้หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือระดับพลังงานเชิงปริมาณ
- อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากระดับพลังงานที่ต่ำกว่าไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้นได้หากดูดซับพลังงานได้เพียงพอ
- อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้นไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่าได้โดยปล่อยพลังงานส่วนหนึ่ง
- ระดับพลังงานของวิถีอิเล็กตรอนคือผลคูณของจำนวนเต็มตั้งแต่ 1 ถึงอินฟินิตี้ซึ่งเรียกว่าจำนวนควอนตัม
(อ่านเพิ่มเติม: ข้อดีและข้อเสียของทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด)
แบบจำลองอะตอมไฮโดรเจนของบอร์
ทฤษฎีอะตอมของบอร์ประสบความสำเร็จในการอธิบายสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนและอะตอมที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยว แต่ไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากได้ ในแบบจำลองของบอร์สำหรับอะตอมไฮโดรเจนมี 6 ประเด็นสำคัญที่ควรทราบ ได้แก่ :
- อะตอมของไฮโดรเจนมีสถานะนิ่งซึ่งมีหมายเลขเป็น n = 1,2,3 ,,,,, ถึงไม่มีที่สิ้นสุด โดยที่ n เรียกว่าเลขควอนตัมหลัก
- รัศมีของสถานะหยุดนิ่งถูกกำหนดโดยสูตร: r n = n2a 0โดยที่0เรียกว่ารัศมีบอร์และมีค่า 52.9 น.
- พลังงานของสถานะหยุดนิ่งที่กำหนด (วงโคจร) ในอะตอมของไฮโดรเจนจะได้รับเป็น: En = - R H (1 / n2) J ต่ออะตอมโดยที่ R Hเรียกว่า Rydberg Constant = -2.18 x 10-18 J ต่ออะตอม
- พลังงานอิเล็กตรอนจากสถานะหยุดนิ่ง (En) จะเป็นลบสำหรับอะตอมของไฮโดรเจนเสมอ
- ทฤษฎีบอร์สำหรับอะตอมของไฮโดรเจนยังสามารถนำไปใช้กับไอออนเช่น He +, Li 2+, Be 3+ ซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว
ประโยชน์และข้อ จำกัด
เช่นเดียวกับทฤษฎีอะตอมอื่น ๆ ทฤษฎีอะตอมของบอร์มีข้อดีและข้อเสีย โดยที่เพื่อประโยชน์อื่น ๆ อะตอมมีความเสถียรเนื่องจากอิเล็กตรอนไม่สามารถสูญเสียพลังงานในขณะที่อยู่ในวงโคจรหนึ่งทฤษฎีอะตอมของบอร์อธิบายสเปกตรัมเส้นของอะตอมไฮโดรเจน
สำหรับข้อ จำกัด ของทฤษฎีอะตอมของบอร์ในหมู่คนอื่น ๆ ; ทฤษฎีนี้ไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมของเส้นอะตอมหลายอิเล็กตรอนไม่สามารถอธิบายการแยกของเส้นสเปกตรัมต่อหน้าสนามแม่เหล็ก (เอฟเฟกต์ซีแมน) หรือสนามไฟฟ้า (ผลกระทบโดยสิ้นเชิง) ไม่สามารถอธิบายความเข้มสัมพัทธ์ของเส้นสเปกตรัมได้
