نظریه بوهر

در مورد ساختار اتم ، مدلهای مختلفی ارائه شده است. هر مدل جدیدی که ارائه می‌گردید، قسمتی از نقایص مدل قبلی را از بین می‌برد، ولی با این حال خودش نیز ناقص بود. تقریبا اولین مدل را "تامسون" ارائه داد. تامسون فرض کرده بود که الکترونها در توزیعی از بار مثبت که گستردگی آن را شعاع اتم تعیین می‌کند، غوطه‌ور هستند. بعد از تامسون ، "رادرفورد" مدل سیاره‌ای خود را ارائه داد.

مدل رادرفورد ، برخی نقایص مدل تامسون را نداشت، ولی در عین حال ناقص بود. بعد از رادفورد ، "بوهر" مدل خود را بر اساس خاصیت کوانتایی تابش بیان کرد.

اصلاح نظریه رادرفورد توسط بوهر

"ارنست رادرفورد" ، نخستین دانشمندی بود که برای مطالعه اتمها از پرتابه‌هایی استفاده کرد که در واپاشی رادیواکتیو گسیل می‌شدند. رادرفورد یک صفحه طلا را بوسیله ذرات آلفا بمباران کرده و ذرات آلفای پراکنده شده را مورد مطالعه قرار داد. مدل رادرفورد هر چند نتایج حاصل از پراکندگی ذرات آلفا را از لحاظ کمی ‌به خوبی توضیح می‌داد، ولی با دو مشکل اساسی مواجه بود:

• در این مدل فرض می‌شد که الکترونها حرکت تناوبی دارند، اما طیف تابشی اتمها ساختار هارمونیکی پیشگویی شده را نداشتند.
  
  
• مدل رادرفورد فاقد ساز و کاری بود که برای پایداری اتمها لازم است. هر الکترون در مدار دایره‌ای یا بیضی شکل پیوسته شتاب می‌گیرد، لذا بر اساس نظریه الکترومغناطیس کلاسیک باید تابش کند. اتلاف دائم انرژی در عرض مدت بسیار کوتاهی به فروریزی اتم می‌انجامد.

اصل موضوع بوهر

دو سال بعد از این که رادرفورد مدل اتمی‌ خود را ارائه داد، "نیلز بوهر" ، چندین اصل موضوع را بیان کرد که کاملا با فیزیک کلاسیک در تناقض بودند. بوهر ساختار طیفی را بخوبی توضیح داده ، مشکل پایداری اتم را حل می‌کرد. اصول بوهر عبارتند از:

• الکترونها مقید هستند در مدارهایی حرکت کنند که در آنها اندازه حرکت زاویه ای الکترونها مضرب درستی از ħ=frach^2π باشد. به عبارت دیگر ، در مورد مدارهای دایره‌ای شکل با شعاع r ، سرعت الکترون (v) باید از رابطه mvr=nħ تبعیت کند. لازم به ذکر است که الکترونها در این مدارها با وجود شتابی که دارند، تابش نمی‌کنند. بنابراین مسیرهای حرکت الکترونها را در این مدل ، مدارهای ایستا می‌گویند.
  
  
• الکترونها می‌توانند گذارهای گسسته‌ای از یک مدار مجاز به مدار مجاز دیگر انجام دهند. تغییر انرژی این دو تراز به صورت تابشی که فرکانس آن وابسته به تفاضل انرژی این دو تراز است، ظاهر می‌شود. اگر اتم ، تابش جذب کند، باز الکترونها بر اثر این تابش به یک تراز انرژی بالاتر می‌روند.
   

نتایج حاصل از نظریه ‌بوهر

• بر اساس اصول بوهر ، انرژی الکترون در مدارهای اتمی‌ ، کوانتیده خواهد بود. به بیان دیگر ، یک عدد کوانتومی به نام عدد کوانتومی ‌اصلی تعریف می‌شود که این عدد فقط می‌تواند عدد صحیح باشد. بنابراین انرژی الکترون در مدار اتمی ‌نمی‌تواند هر مقداری را به خود بگیرد.
  
  
• نیرویی که هسته اتم بر الکترونها وارد می‌کند، یک نیروی کولنی مرکزگرا می‌باشد. این نیروی جانب مرکز ، انرژی لازم جهت گردش الکترونها پیرامون هسته را فراهم می‌کند. بنابراین چون mvr همان اندازه حرکت الکترون در هر مدار اتمی‌ می‌باشد، بنابراین اصل موضوعه اول بوهر ایجاب می‌کند که اندازه حرکت زاویه ای الکترون یک کمیت کوانتومی ‌باشد، اصل موضوعه اول بوهر به عنوان شرط کوانتش اندازه حرکت زاویه‌ای می‌باشد.

نقایص این نظریه

موفقیت نظریه بوهر با اتمهای هیدروژن‌گونه انگیزه زیادی را برای تحقیقات بیشتر درباره اتم بوهر فراهم آورد. با وجود برخی دستاوردهای شگفت‌آور بوهر و دیگران ، نظریه بوهر موقتی بود. این نظریه ، درباره این که الکترونها چه هنگامی ‌پرش خود را انجام می‌دهند، چیزی نمی‌گفت و قاعده کوانتش به دستگاههای تناوبی منحصر بود.

بیان کلی‌تری از نظریه بوهر را "سامر فیلد" و "ویلسون" عنوان کردند که هیچ کمکی به بررسی مسائل ، غیر از مسائلی که به مدل بوهر مربوط می‌شد، نکرد. کوانتش اندازه حرکت زاویه‌ای در موارد دیگر نیز برقرار بود. کاربرد مدل بوهر در مدارهای بیضی شکل تصویر کاملتری از اتمهای هیدروژن‌گونه را بدست می‌داد و در آزمایشهای اشترن - گرلاخ مستقیما مشاهده شد.