理系の雑学・豆知識

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原子構造のボーアモデル(Bohr Model)について解説

1900年にプランク(Max Planck)は黒体放射(Black body radiation)の方程式を作りました。

  この式に使用されているプランク定数(Planck's constant)の物理的な解釈は当初理解されていませんでしたが、後にナトリュウム原子に光を当てるとそこから電子が放出される光電効果の実験で、放出される電子の持っているエネルギーとその電子の振動周波数を測定したところ周波数と電子のエネルギーには比例関係があり、その比例定数が求められました。この比例定数がエネルギーの最小単位になるのですが、

 ある元素を加熱すると特定の波長の光(スペクトル線)が強く輝くことが早くから知られており、特に水素元素を加熱して、その発光スペクトル線を観測すると幾つかの波長で強く輝く線があることが知られていましたが、その発光のメカニズムは理解されていませんでした。

 J・Jトムソンによって電子が発見(トムソンの実験)され、1911年にラザフォードが原子核を発見(ラザフォードの実験)すると、それを説明できる具体的なイメージを持ったモデルの構築に最先端を走っている科学者たちの努力がなされるようになりました。

  1913年にボーア(Niels Bohr)は地球が太陽の周りを自転しながら公転しているように、電子が原子核の周りを公転(軌道運動)しているとするボーアモデルと呼ばれる原子モデルで、従来発見されていた水素の光スペクトルの説明をしました。

 

 

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 これによると水素原子は陽子1個の周りを電子1個が一番低い軌道(基底状態)を回転しているのですが、電子に強いエネルギーが与えられるとそれよりも上部の軌道に移動(遷移)して、再度もとの軌道に戻るときに、軌道間のエネルギー差に等しいエネルギーに相当する波長の光を放出することから、水素原子の発光スペクトル線が説明できるようになりました。

  このように電子がある軌道から他の軌道に飛び移ることを電子の遷移と呼びます。

 

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