Τι είναι η ακτίνα Bohr;

Η ακτίνα Bohr είναι μια μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται στην ατομική φυσική για να περιγράψει τη μικρότερη δυνατή ακτίνα ενός ηλεκτρονίου που περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα σε ένα άτομο υδρογόνου. Αναπτύχθηκε από τον Niels Bohr, με βάση το μοντέλο ατομικής δομής του, το οποίο εισήχθη το 1913. Η τιμή της ακτίνας Bohr υπολογίζεται ότι είναι περίπου 0.53 angstroms.
Στο μοντέλο του ατόμου, ο Niels Bohr θεώρησε ότι τα ηλεκτρόνια ακολουθούν συγκεκριμένες κυκλικές τροχιές γύρω από τον κεντρικό πυρήνα, που συγκρατούνται στη θέση τους με ηλεκτροστατική δύναμη. Αυτό το μοντέλο αργότερα αποδείχθηκε λανθασμένο και τώρα θεωρείται πολύ απλή περιγραφή της ατομικής δομής. Οι τρέχουσες θεωρίες περιγράφουν τη θέση των ηλεκτρονίων με όρους σφαιρικών ζωνών πιθανότητας, γνωστές ως κελύφη. Η ακτίνα Bohr εξακολουθεί να θεωρείται χρήσιμη στη φυσική, ωστόσο, καθώς εξακολουθεί να παρέχει μια φυσική μέτρηση για τη μικρότερη ακτίνα που μπορεί να έχει ένα ηλεκτρόνιο. Οι μαθητές φυσικής συχνά μαθαίνουν πρώτα το μοντέλο και τις εξισώσεις του Bohr, ως εισαγωγή πριν προχωρήσουν σε πιο περίπλοκα και ακριβή μοντέλα.

Το υδρογόνο, με ένα μόνο ηλεκτρόνιο, είναι το απλούστερο από όλα τα άτομα, γι’ αυτό και η ακτίνα Bohr βασίζεται σε αυτό. Το μοντέλο του Bohr εξηγεί ότι η τροχιά ενός ηλεκτρονίου μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ποσότητα ενέργειας που έχει. Η ακτίνα Bohr υπολογίζει την τροχιά του ηλεκτρονίου του υδρογόνου ενώ βρίσκεται στη θεμελιώδη του κατάσταση, ή στη χαμηλότερη ενέργεια.

Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ακτίνας Bohr. Η μειωμένη σταθερά του Planck, μια φυσική σταθερά που χρησιμοποιείται στην κβαντομηχανική, διαιρείται με πολλές άλλες μονάδες. Αυτά περιλαμβάνουν τη μάζα του ηλεκτρονίου, την ταχύτητα του φωτός στο κενό και τη σταθερά της λεπτής δομής, που είναι μια άλλη φυσική σταθερά που χρησιμοποιείται στη φυσική.

Ένας παράγοντας που δεν λαμβάνεται υπόψη από την εξίσωση ακτίνας Bohr είναι η μειωμένη μάζα, η οποία αναφέρεται σε συστήματα όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια ασκούν δύναμη το ένα στο άλλο. Όταν η ακτίνα χρησιμοποιείται ως σταθερά σε εξισώσεις που αναφέρονται σε πιο πολύπλοκα άτομα, αυτό είναι λογικό και είναι στην πραγματικότητα πιο βολικό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διόρθωση μειωμένης μάζας θα πρέπει να είναι διαφορετική από αυτή που απαιτείται για το υδρογόνο και η συμπερίληψη της θα έκανε τη ρύθμιση πιο περίπλοκη. Ωστόσο, παραμορφώνει ελαφρώς τη μέτρηση της ακτίνας του ατόμου υδρογόνου. Για να υπολογιστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια, υπάρχει ένας δεύτερος τύπος που περιλαμβάνει το μήκος κύματος Compton του πρωτονίου και του ηλεκτρονίου του ατόμου.