主な違い – ボーアモデル vs 量子モデル
原子の構造を説明するために、様々な科学者が異なるモデルを提唱しています。
ボーア模型と量子模型がそれです。
ボーア模型は先進的な模型ですが、大きな原子の線スペクトルに見られるゼーマン効果やシュタルク効果などの効果を説明することができませんでした。
量子モデルは、原子の構造を記述する現代的なモデルとして考えられている。
ボーア模型と量子模型の大きな違いは、ボーア模型が電子の粒子の振る舞いを説明するのに対し、量子模型は電子の波動と粒子の二重性を説明することである。
ボーア模型とは
ボーア模型は、ニールス・ボーアが原子の構造を説明するために1915年に提唱した原子模型です。
ラザフォード模型を改良したものと考えられている。
このモデルは、原子核の周りの電子殻に沿った電子の動きを記述していないラザフォードモデルよりも高度なものです。
また、この電子殻は離散的なエネルギー準位に位置していると説明されている。
ボーア模型は、水素原子の線スペクトルの観測によって開発された。
線スペクトルに不連続な線があることから、ボーアは、原子の軌道は一定のエネルギーを持ち、電子はエネルギーを放出したり吸収したりしながら、あるエネルギー準位から別のエネルギー準位に飛び移ることができ、線スペクトルに線が生じるとしたのです。
ボーア模型の概念
- 電子は原子核の周りを一定の大きさとエネルギーを持つ球状の軌道を描いて移動する。
- 軌道のエネルギーはその大きさに関係する。
- 最も小さい軌道は最も低いエネルギーを持っています。
- 電子が最も低いエネルギー準位にあるとき、原子は完全に安定しています。
- 電子は、放射線の形でエネルギーを吸収または放出することによって、あるエネルギーレベルから別のエネルギーレベルに移動することができます。
図1: ボーア模型
ボーア模型は、正電荷を帯びた小さな原子核と1個の電子からなる水素原子に完全に適合している。
しかし、水素以外の原子の構造を説明する場合、ボーアモデルにはいくつかの欠点があります。
ゼーマン効果（磁場が原子のスペクトルに与える影響）やシュタルク効果（電場が原子のスペクトルに与える影響）はボーア模型では説明できない。
また、大きな原子の線スペクトルを説明することもできない。
量子モデルとは
量子モデルとは、原子の構造を正確に説明するための現代的な原子モデルです。
ボーア模型では説明できないような効果も記述することができる。
量子モデルは、電子の波動粒子二重性を説明する。
ボーア模型よりはるかに難解ですが、大きな原子や複雑な原子の観測を正確に説明することができます。
この量子モデルは、量子論に基づいています。
量子論では、電子は粒子と波の二重性を持ち、電子の位置を正確に特定することはできない（不確定性原理）。
図2: 原子の軌道の空間構造
また、軌道は必ずしも球形でないことも書かれている。
軌道はエネルギー準位ごとに特定の形状を持ち、3次元構造となっている。
量子モデルでは、量子数によって電子に名前をつけることができる。
この量子数には4種類ある。
- 原子の量子数 n (原子核とエネルギー準位からの軌道の平均距離を表す)
- 角運動量量子数I（軌道の形状を表す。）
- 磁性量子数 ml（軌道の空間的な向きを表す）
- スピン量子数 ms（磁場中での電子の自転と電子の波動特性を記述する。
ボーア模型と量子模型の違い
定義
ボーア模型。
ボーア模型は、ニールス・ボーアが原子の構造を説明するために1915年に提唱した原子模型。
量子モデル。
原子の構造を正確に説明するために、現代の原子模型として考えられている。
コンセプト
ボーア模型。
ボーア模型：電子の粒子挙動を記述した模型。
量子モデル。
量子モデル：電子の波動と粒子の二重性を記述する。
量子数
ボーア模型 ボーア模型は、量子数に関する情報を与えない。
量子モデル。
量子モデルは、量子数を説明する。
その他の効果
ボーア模型。
線スペクトルにおけるゼーマン効果やシュタルク効果をボーアモデルでは説明できない。
量子モデル。
量子モデルでゼーマン効果やシュタルク効果を説明できる。
結論
ボーア模型と量子模型は、原子の構造を説明するために使われる化学の模型です。
ボーア模型にはいくつかの欠点があり、それは量子模型で説明されます。
そのため、現代の原子構造モデルは量子モデルであると考えられています。
これがボーア模型と量子模型の違いです。
