Untuk waktu yang lama, struktur atom menjadi topik perdebatan di kalangan fisikawan, hingga model yang diciptakan oleh ilmuwan Denmark Niels Bohr muncul. Dia bukanlah orang pertama yang mencoba mendeskripsikan pergerakan partikel subatom, tetapi perkembangannyalah yang memungkinkan terciptanya teori yang konsisten dengan kemampuan untuk memprediksi lokasi partikel elementer pada suatu waktu.
Jalan hidup
Niels Bohr lahir pada 7 Oktober 1885 di Kopenhagen dan meninggal di sana pada 18 November 1962. Dia dianggap sebagai salah satu fisikawan terhebat, dan tidak heran: dialah yang berhasil membangun model atom mirip hidrogen yang konsisten. Menurut legenda, dia melihat dalam mimpi bagaimana sesuatu seperti planet berputar di sekitar pusat bercahaya tertentu. Sistem ini kemudian menyusut secara drastis ke ukuran mikroskopis.
Sejak itu, Bohr telah mencari cara untuk menerjemahkan mimpi itu ke dalam rumus dan tabel. Dengan hati-hati mempelajari literatur modern tentang fisika, bereksperimen di laboratorium dan berpikir, ia mampu mencapai tujuannyasasaran. Bahkan rasa malu bawaan tidak mencegahnya untuk mempublikasikan hasil: dia malu untuk berbicara di depan banyak orang, dia mulai bingung, dan penonton tidak mengerti apa-apa dari penjelasan ilmuwan.
Prekursor
Sebelum Bohr, para ilmuwan mencoba membuat model atom berdasarkan postulat fisika klasik. Upaya paling sukses adalah milik Ernest Rutherford. Sebagai hasil dari banyak percobaan, ia sampai pada kesimpulan tentang keberadaan inti atom masif, di mana elektron bergerak dalam orbit. Karena secara grafis model seperti itu mirip dengan struktur tata surya, nama planet diperkuat di belakangnya.
Tapi itu memiliki kelemahan yang signifikan: atom yang sesuai dengan persamaan Rutherford ternyata tidak stabil. Cepat atau lambat, elektron, yang bergerak dengan percepatan dalam orbit di sekitar inti, harus jatuh pada inti, dan energinya akan dihabiskan untuk radiasi elektromagnetik. Bagi Bohr, model Rutherford menjadi titik awal dalam membangun teorinya sendiri.
postulat pertama Bohr
Inovasi utama Bohr adalah penolakan penggunaan fisika Newtonian klasik dalam konstruksi teori atom. Setelah mempelajari data yang diperoleh di laboratorium, ia sampai pada kesimpulan bahwa hukum elektrodinamika yang begitu penting seperti gerak dipercepat seragam tanpa radiasi gelombang tidak berlaku di dunia partikel elementer.
Hasil refleksinya adalah hukum yang berbunyi seperti ini: sistem atom stabil hanya jika berada di salah satu kemungkinan stasioner(kuantum) menyatakan, yang masing-masing sesuai dengan energi tertentu. Arti dari hukum ini, atau disebut postulat keadaan kuantum, adalah untuk mengakui tidak adanya radiasi elektromagnetik ketika sebuah atom berada dalam keadaan seperti itu. Juga, konsekuensi dari postulat pertama adalah pengakuan adanya tingkat energi dalam atom.
Aturan frekuensi
Namun, jelas bahwa atom tidak dapat selalu berada dalam keadaan kuantum yang sama, karena stabilitas menolak interaksi apa pun, yang berarti bahwa tidak akan ada Semesta maupun gerakan di dalamnya. Kontradiksi yang tampak diselesaikan oleh postulat kedua model struktur atom Bohr, yang dikenal sebagai aturan frekuensi. Sebuah atom dapat berpindah dari satu keadaan kuantum ke keadaan kuantum lainnya dengan perubahan energi yang sesuai, memancarkan atau menyerap kuantum, yang energinya sama dengan perbedaan antara energi keadaan diam.
postulat kedua juga bertentangan dengan elektrodinamika klasik. Menurut teori Maxwell, sifat gerak elektron tidak dapat mempengaruhi frekuensi radiasinya.
Spektrum atom
Model kuantum Bohr dimungkinkan dengan mempelajari spektrum atom dengan cermat. Untuk waktu yang lama, para ilmuwan merasa malu bahwa alih-alih wilayah warna kontinu yang diharapkan diperoleh dengan mempelajari spektrum benda langit, spektogram atom tidak kontinu. Garis warna cerah tidak mengalir satu sama lain, tetapi dipisahkan oleh area gelap yang mengesankan.
Teori transisi elektron dari satu keadaan kuantum keyang lain menjelaskan keanehan ini. Ketika sebuah elektron berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya, di mana lebih sedikit energi yang dibutuhkan, elektron itu memancarkan kuantum, yang tercermin dalam spektogram. Teori Bohr segera menunjukkan kemampuan untuk memprediksi perubahan lebih lanjut dalam spektrum atom sederhana seperti hidrogen.
Kekurangan
Teori Bohr tidak sepenuhnya bertentangan dengan fisika klasik. Dia masih mempertahankan gagasan tentang gerakan orbital elektron dalam medan elektromagnetik nukleus. Gagasan kuantisasi selama transisi dari satu keadaan diam ke keadaan diam lainnya berhasil melengkapi model planet, tetapi tetap tidak menyelesaikan semua kontradiksi.
Meskipun menurut model Bohr, elektron tidak dapat bergerak spiral dan jatuh ke dalam inti, terus memancarkan energi, masih belum jelas mengapa elektron tidak dapat naik ke tingkat energi yang lebih tinggi secara berturut-turut. Dalam hal ini, semua elektron cepat atau lambat akan berakhir dalam keadaan energi terendah, yang akan menyebabkan kehancuran atom. Masalah lain adalah anomali dalam spektrum atom yang tidak dijelaskan oleh teori. Kembali pada tahun 1896, Peter Zeeman melakukan eksperimen yang aneh. Dia menempatkan gas atom dalam medan magnet dan mengambil spektogram. Ternyata beberapa garis spektrum terbelah menjadi beberapa. Efek seperti itu tidak dijelaskan dalam teori Bohr.
Membuat model atom hidrogen menurut Bohr
Terlepas dari semua kekurangan teorinya, Niels Bohr mampu membuat model atom hidrogen yang realistis. Dalam melakukannya, ia menggunakan aturan frekuensi dan hukum klasikmekanika. Perhitungan Bohr untuk menentukan jari-jari yang mungkin dari orbit elektron dan menghitung energi keadaan kuantum ternyata cukup akurat dan dikonfirmasi secara eksperimental. Frekuensi emisi dan penyerapan gelombang elektromagnetik sesuai dengan lokasi celah gelap pada spektogram.
Dengan demikian, dengan menggunakan contoh atom hidrogen, terbukti bahwa setiap atom adalah sistem kuantum dengan tingkat energi diskrit. Selain itu, ilmuwan dapat menemukan cara untuk menggabungkan fisika klasik dan postulatnya menggunakan prinsip korespondensi. Ini menyatakan bahwa mekanika kuantum termasuk hukum fisika Newtonian. Dalam kondisi tertentu (misalnya, jika bilangan kuantum cukup besar), mekanika kuantum dan klasik bertemu. Hal ini dibuktikan dengan fakta bahwa dengan peningkatan bilangan kuantum, panjang celah gelap dalam spektrum berkurang hingga menghilang sepenuhnya, seperti yang diharapkan dalam konsep Newtonian.
Arti
Pengenalan prinsip korespondensi telah menjadi langkah perantara penting menuju pengakuan keberadaan mekanika kuantum khusus. Model atom Bohr telah menjadi titik awal bagi banyak orang dalam membangun teori yang lebih akurat tentang gerakan partikel subatom. Niels Bohr tidak dapat menemukan interpretasi fisik yang tepat dari aturan kuantisasi, tetapi dia juga tidak dapat melakukan ini, karena sifat gelombang partikel elementer ditemukan hanya dari waktu ke waktu. Louis de Broglie, melengkapi teori Bohr dengan penemuan-penemuan baru, membuktikan bahwa setiap orbit, menurutdimana elektron bergerak adalah gelombang yang merambat dari nukleus. Dari sudut pandang ini, keadaan stasioner atom mulai dianggap sedemikian rupa sehingga terbentuk dalam kasus ketika gelombang, setelah membuat revolusi penuh di sekitar inti, berulang.
