Τι επιτυγχάνεται με την προσομοίωση

Η προσομοίωση βοηθά στην κατανόηση του ατομικού προτύπου του Bohr για το άτομο του υδρογόνου και των υδρογονοειδών.

Ο μαθητής/τρια παρακολουθεί τη διέγερση και την αποδιέγερση του ηλεκτρονίου μεταξύ επιτρεπτών ενεργειακών σταθμών και συνδέει τη μετάβαση αυτή με την απορρόφηση ή εκπομπή φωτονίων.

Παρουσιάζεται η έννοια της κβαντισμένης ενέργειας, η σχέση μεταξύ διαφοράς ενέργειας, συχνότητας και μήκους κύματος, καθώς και η δημιουργία των γραμμών του φάσματος εκπομπής του υδρογόνου.

Επιπλέον, αναδεικνύεται ότι διαφορετικές διαδρομές αποδιέγερσης οδηγούν στην ίδια συνολική εκπεμπόμενη ενέργεια, σύμφωνα με το πρότυπο του Bohr.

Ατομικό Πρότυπο Bohr

Γραμμικό Φάσμα Εκπομπής
400 nm
700 nm
6 → 2 5 → 2 4 → 2 3 → 2
Σχεδιασμός & Ανάπτυξη
Παναγιώτου Σπύρος, Χημικός, Msc Edu
Σόκουτης Δημήτρης, Χημικός, Msc Edu, Msc IS i f
Niels Bohr
O Νiels Bohr (1885–1962) πρότεινε το κβαντικό πρότυπο του ατόμου του υδρογόνου, σύμφωνα με το οποίο το ηλεκτρόνιο κινείται μόνο σε επιτρεπτές κβαντισμένες τροχιές.

1η συνθήκη (μηχανική συνθήκη)

Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε ορισμένες κυκλικές τροχιές. Κάθε επιτρεπόμενη τροχιά έχει καθορισμένη ενέργεια, είναι δηλαδή κβαντισμένη. Για το άτομο του υδρογόνου η ενέργεια στη στιβάδα n δίνεται από τη σχέση:

$$ E_n = \frac{-2,18 \cdot 10^{-18}}{n^2}\ \text{J} \qquad n = 1,2,3,\ldots $$
$$ n=1 \qquad E_1=\frac{-2,18\cdot10^{-18}}{1^2} =-2,18\cdot10^{-18}\ \text{J} $$ $$ E_n=\frac{E_1}{n^2} $$

Η χαμηλότερη στάθμη (n=1) ονομάζεται θεμελιώδης, ενώ οι υπόλοιπες (n>1) ονομάζονται διεγερμένες. Το ηλεκτρόνιο επιτρέπεται να κινείται μόνο σε αυτές τις τροχιές, οι οποίες είναι κβαντισμένες.

2η συνθήκη (οπτική συνθήκη)

Το ηλεκτρόνιο απορροφά ή εκπέμπει ενέργεια υπό μορφή ακτινοβολίας, μόνο όταν μεταβαίνει από μια τροχιά σε μια άλλη, όταν δηλαδή αλλάζει ενεργειακή στάθμη. Η εξίσωση που συνδέει τη διαφορά ενέργειας ΔΕ κατά τη μετάβαση ηλεκτρονίου από μια αρχική ενεργειακή στάθμη (Εi) σε μια τελική (Εf), με τη συχνότητα (ν) της εκπεμπόμενης ή απορροφούμενης ακτινοβολίας, δίνεται από τον τύπο:

$$ \Delta E = |E_f - E_i| = h \cdot \nu = \frac{h \cdot c}{\lambda} \qquad \text{επειδή\ \ \ } \nu = \frac{c}{\lambda} $$

Όπου h η σταθερά του Planck, ν η συχνότητα της ακτινοβολίας, λ το μήκος κύματος και c η ταχύτητα του φωτός. Στην άνοδο απορροφάται φωτόνιο, ενώ στην κάθοδο εκπέμπεται φωτόνιο.

Επίλεξε να μεταβεί το ηλεκτρόνιο σε μια διεγερμένη κατάσταση.