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from: 生成門さん
2013/07/13 02:24:09
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ボーアモデルの欠点(矛盾)
ボーアモデルの欠点(矛盾)
<森のように深いhttps://twitter.com/fractaleman68>とのリンク
基本的なことですがボーアモデルを学んでおきましょう。
ボーアモデル(模型)
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%82%A2%E3%81%AE%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A8%A1%E5%9E%8B
ボーアモデルは原子の振る規定する舞いを規定する模型である。電子は飛び飛びのエネルギー状態(エネルギーレベル)にあり、対応する軌道もってを運動している。この状態は時間的に変わらない。定常である。定常な状態では、電子は電磁場を放出することなく、古典力学にしたがって運動する。エネルギーレベルと対応する軌道は、古典的に可能なものから量子条件が満たされるもののみが選択される。電子はある状態から別の状態へ、突然、移行する。これを状態の遷移という。そのときに放射(吸収)される光の振動数は振動数条件を満たす。
―――
要点を求めてみましょう。ボーアモデルは
1)文字通り、原子の振る舞い模型である。
2)電子は飛び飛びのエネルギーの値をとる。
3)特定の軌道がある。
4)軌道は変化しない。
5)電子は電磁場を放出せず運動する。
6)軌道は量子条件が満たされるもののみが選択される。
7)電子はある状態から別の状態へ、突然、移行する。
このモデルがなぜ破棄されたのでしょうか? 量子力学から見た場合、ボーアモデルのどこに欠点(矛盾)があったのかを調べてみると、概ね以下のようになります。
1> 何故、飛び飛びの値しかとらないのかを説明ができない。
2> 軌道を回る電子は必ず光を出す。にも拘らず光を出さずに回り続ける理由を説明できない。
3> ボーアモデルは水素原子にしか成り立たない。
4> 原子は光を吸収したり放射したりするので、その成分を調べれば原子の構造を特定できる。しかし、ボーアモデルは水素の次に簡単な電子2個を持つヘリウムでさえ説明でできない。
こうした問に説明できないのはボーアモデルが電子の軌道が一定距離で平面的だということにあります。一定距離で平面的というのは、ボーアモデルが地球と月のイメージからも想像できます。それに対して量子論のモデルは渦巻銀河というイメージがぴったりです。渦巻きモデルは地球・月のモデルの欠陥を補うために不確定性原理(飛び飛びの説明)と波動関数(軌道面がある)を取り入れて量子論として登場したのです。後から登場したのですから説明力としては断然上であるのは当然でしょう。 では、何故、月・地球モデルは特定の軌道面をもたないのでしょうか?
月は軌道が円軌道です。それ以外の軌道は必要としないのです。量子論のように幅のある軌道面を持たないのは軌道が広がりをもないという意味です。それに対して、量子論は渦巻きモデルのように原点から無限に広がるイメージなのです。どうしてこんなに違うモデルとなってしまったのでしょうか? それは後で出てくる電子の振る舞いがとても奇妙だからです。それを説明するのはボーアモデルではとても力不足だということに他なりません。ボーアモデルの最大の弱点は水素ではうまく説明できるのですがヘリウムでは電子がどんな軌道を回るのかを説明できないのです。ヘリウムは電子が二つある原子です。陽子を含めると三つだから三体問題となります。この三体問題というのが曲者なのです。-
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