لماذا فشل نموذج بور في تفسير أطياف العناصر الأثقل من الهيدروجين؟
في عام 1913 ، اقترح العالم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نموذجًا نظريًا لذرة الهيدروجين التي فسرت طيف انبعاثها، وقد بنى بور نموذجه بناءًا على افتراضًا واحدًا فق’، هو أن الإلكترون يتحرك حول النواة في مدارات دائرية لا يمكن أن يكون لها سوى نصف قطر معين مسموح به، وافترض نموذج رذرفورد السابق للذرة أيضًا أن الإلكترونات تتحرك في مدارات دائرية حول النواة وأن الذرة متماسكة عن طريق التجاذب الكهروستاتيكي بين النواة الموجبة الشحنة والإلكترون سالب الشحنة، على الرغم من أننا نعلم الآن أن افتراض المدارات الدائرية كان غير صحيح ، فإن رؤية بور كانت تقترح أن الإلكترون يمكن أن يشغل مناطق معينة فقط من الفضاء الموجود حول النواة.
باستخدام الفيزياء الكلاسيكية ، أظهر نيلز بور أن طاقة الإلكترون في مدار معين يمكن الحصول عليها بواسطة المعادلة التالية:
En = −Rhcn2
حيث R هو ثابت Rydberg ، وh هو ثابت Planck ، c هو سرعة الضوء ، و n هو عدد صحيح موجب يتوافق مع الرقم المخصص للمدار ، مع n = 1 المطابق للمدار الأقرب للنواة، وفي هذا النموذج ، n = ∞ (عدد لا نهائي) يتوافق مع المستوى الذي تكون فيه الطاقة التي تمسك الإلكترون والنواة معًا تساوي صفرا،ًو في هذا المستوى ، ينفصل الإلكترون عن النواة ويتم فصل الذرة إلى أيون سالب الشحنة (الإلكترون) وأيون موجب الشحنة (النواة)، وفي هذه الحالة ، يكون نصف قطر المدار أيضًا لانهائيًا.
لذا وفقًا لنموذج بور الفرق في الطاقة (ΔE) بين أي مدارين أو مستويات طاقة يعطى بواسطة المعادلة التالية:
ΔE = En1 − En2 حيث n1 هو المدار النهائي و n2 المدار الأولي.
وقد حصل بور على جائزة نوبل عام نموذجه في عام 1922م والذي كان مبنى على ذرة الهيدروجين، إلا أنه لم ينجح في تفسير الطيف الذري لأي ذرة أخرى تحتوي على ذراتها على أكثر من إلكترون واحد مثل الليثيوم، والهيليوم الذي يحتوي على 2 إلكترون فقط ، والسبب في ذلك:
- افترض بور أنه من الممكن تحديد مكان وسرعة الإليكترون حول النواة في أي وقت وهذا مستحيل عمليًا لأن الجهاز المستخدم في القياس يؤثر على مكان وسرعة الإليكترون وتصبح عملية القياس مشكوك في دقتها.
- أهمل بور الخواص الموجية للإليكترون واعتبره جسيم مادي فقط.
- افترض أن الإليكترون يدور في مسار دائري وهذا يعني أن الذرة مسطحة، وقد أثبت بعد ذلك أن الذرة لها اتجاهات فراغية ثلاثة.