مدلِ بور، اتمی مثلِ منظومه‌ی شمسی
هیچ‌کس تا امروز درونِ یک اتم را مستقیم ندیده است. پس دانشمندان چطور می‌گویند الکترون‌ها کجا هستند؟ آن‌ها کاری می‌کنند که کارآگاه‌ها می‌کنند: از نشانه‌های غیرمستقیم، تصویری از چیزی می‌سازند که نمی‌بینند. این تصویر را مدل می‌نامیم. مدل کامل و بی‌نقص نیست، اما کمک می‌کند رفتارِ اتم‌ها را بفهمیم و پیش‌بینی کنیم.
اتمی شبیهِ منظومه‌ی شمسی
حدودِ صد سال پیش، فیزیک‌دانی دانمارکی به نامِ نیلز بور مدلی برای اتم پیشنهاد کرد. در مدلِ بور:
- هسته، با پروتون‌ها و نوترون‌هایش، در مرکزِ اتم است.
- الکترون‌ها در مسیرهای دایره‌ای به نامِ مدار دورِ هسته می‌چرخند.
- هر مدار فاصله‌ی معینی از هسته دارد و الکترون‌ها نمی‌توانند میانِ دو مدار باشند.
چون این تصویر شبیهِ سیاره‌هایی است که دورِ خورشید می‌چرخند، به آن «مدلِ منظومه‌ی شمسی» هم می‌گویند. بور برای کارهایش روی ساختارِ اتم، جایزه‌ی نوبل گرفت.
هر مدار، گنجایشی دارد
مهم‌ترین نکته‌ی مدلِ بور این است که هر مدار فقط تعدادِ معینی الکترون جا می‌دهد:
- مدارِ اول، نزدیک‌ترین به هسته، حداکثر ۲ الکترون.
- مدارِ دوم حداکثر ۸ الکترون.
الکترون‌ها اول مدارِ نزدیک‌تر را پر می‌کنند و بعد به مدارِ بعدی می‌روند. برای مثال:
- کربن ۶ الکترون دارد: ۲ تا در مدارِ اول و ۴ تا در مدارِ دوم.
- نئون ۱۰ الکترون دارد: ۲ در مدارِ اول و ۸ در مدارِ دوم. هر دو مدارش پر است.
- سدیم ۱۱ الکترون دارد: ۲ و ۸، و یک الکترونِ تنها در مدارِ سوم.
چرا این چیدمان مهم است؟
نحوه‌ی چیدنِ الکترون‌ها در مدارها، رفتارِ شیمیاییِ عنصر را تعیین می‌کند. اتم‌هایی که مدارِ بیرونی‌شان پر است، مثلِ نئون، تقریباً با هیچ ماده‌ای واکنش نمی‌دهند. اما سدیم، با یک الکترونِ تنها در مدارِ آخر، آن‌قدر واکنش‌پذیر است که در هوا زود کدر می‌شود و با آب به‌شدت واکنش می‌دهد. در درسِ یون‌ها می‌بینیم این الکترونِ تنها چه سرنوشتی پیدا می‌کند.
دانشمندانِ بعد از بور مدل را کامل‌تر کرده‌اند. امروز می‌دانیم الکترون‌ها روی خط‌های دایره‌ای حرکت نمی‌کنند و بیشتر شبیهِ ابری دورِ هسته‌اند. اما مدلِ بور هنوز برای فهمیدنِ اینکه الکترون‌ها چطور لایه‌لایه چیده می‌شوند، بسیار به کار می‌آید.
در خانه امتحان کنید
- روی یک کاغذ، یک نقطه برای هسته و دو دایره‌ی دورِ آن بکشید.
- با دانه‌های عدس به جای الکترون، اتمِ اکسیژن (۸ الکترون) را بچینید. هر مدار چند الکترون دارد؟
- حالا اتمِ منیزیم (۱۲ الکترون) را بچینید. به دایره‌ی سوم نیاز دارید؟
- کدام یک از این دو، مدارِ بیرونیِ پُر دارد؟
واژه‌های این درس
- مدل - تصویری ساده که دانشمندان برای فهمیدن و پیش‌بینیِ چیزی که مستقیم دیده نمی‌شود می‌سازند.
- مدلِ اتمیِ بور - مدلی که در آن الکترون‌ها روی مدارهای دایره‌ای دورِ هسته می‌چرخند.
- مدار - مسیرِ دایره‌ای الکترون‌ها دورِ هسته در این مدل.
ایده‌ی اصلی
در مدلِ بور الکترون‌ها در مدارهایی دورِ هسته‌اند. مدارِ اول حداکثر دو الکترون و مدارِ دوم حداکثر هشت الکترون جا دارد، و چیدمانِ الکترون‌ها رفتارِ شیمیاییِ عنصر را تعیین می‌کند.