Kvantemekanik. Klaus Molmer

Чтение книги онлайн.

      Bohrs atommodel blev konstrueret med basis i de optiske spektre, som den forklarede ved at påstå eksistensen af helt bestemte elektronenergier i atomerne. En uafhængig observation af disse energier, der ikke på samme måde afhang af Plancks sammenhæng mellem optisk frekvens og energi, fremkom, da Franck og Hertz i 1915 demonstrerede, at en stråle af elektroner, der kolliderer med en atomar gas, taber energi i mængder, der netop modsvarer energiforskellene imellem Bohrs elektronbaner i atomerne. Disse energitab må vi forstå ved, at den indkommende elektron har kollideret med et atom, hvorved en bundet elektron har kunnet opfange energi nok til at skifte til en mere energirig bane, mens projektilet må have mistet den samme energimængde, så den totale energi er bevaret.

      I perioden fra 1913 til 1924 skulle Bohr og hans medarbejdere gøre mange forsøg på at beskrive de tungere grundstoffer, idet de angreb dem med en kombination af Newtons 2. lov samt Bohrs og Sommerfelds kvantiseringsbetingelse. Det er uhyre svært at beskrive mere end en enkelt elektron, der bevæger sig om en atomkerne, da elektronerne har samme ladning og frastøder hinanden, og man benyttede sig derfor af en forsimplende gennemsnitsbetragtning, således at en elektron i en bane tæt på kernen, set fra fjernere elektroner, tildeles en afskærmende effekt, som om kernens positive ladning er reduceret med præcis den negative elektronladning.

      Bohr og hans medarbejdere i København havde stor succes med at opbygge atomerne “indefra”, idet det viste sig, at man i de baner, teorien havde givet anledning til, aldrig må have mere end to elektroner, så atomer med flere elektroner må fylde op i flere og flere baner i større og større afstande fra kernen. Banerne grupperer sig i såkaldte “skaller” med næsten ens energier, og de kemiske egenskaber ved forskellige stoffer, som især skyldes de yderste elektroners tilbøjelighed til at vekselvirke med omgivelserne, kunne nu sættes i forbindelse med dette opbygningsprincip og give en elektronisk forklaring på Mendelejevs kemiske klassifikation af det periodiske system.

      I naturen fandt man stoffer med næsten alle heltalsværdier for den centrale ladning og havde længe ledt efter et stof med en ladning 72 gange større end brintkernen. Bohr foreslog, at man i stedet for at lede efter et stof med samme egenskaber som de kendte nabostoffer med cirka samme ladning og masse skulle kigge efter et stof, der havde sine yderste elektroner i tilstande med de samme egenskaber som de yderste elektroner i stoffet zirkonium med det helt andet ladningstal 40. Det ukendte stof og zirkonium måtte dermed have lignende kemiske egenskaber. Kort efter fandtes stof nummer 72 i malm indeholdende mineralet zirkon og blev til ære for Bohr navngivet med Københavns latinske navn, Hafnium. Meget kortlivede radioaktive stoffer op til 118 er blevet produceret i laboratorier. Det kunstigt frembragte atom med kerneladning 107 blev i 1997 officielt navngivet bohrium efter Bohr. Navngivningen fandt sted efter en årelang navnestrid mellem russiske, amerikanske og tyske grupper, som kunne producere de meget tunge og meget ustabile atomer – russerne insisterede længe på en anden rækkefølge af navnene og havde navnet nielsbohrium som deres foretrukne kandidat til stoffet med atomnummer 105.