Niels Bohr: Wczesne życie i edukacja
Prawdopodobnie wiesz, że cała materia składa się z naprawdę, naprawdę maleńkich cząsteczek zwanych atomami, ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak dokładnie działa atom i jak wygląda jego wnętrze? Około stu lat temu młody duński naukowiec Niels Bohr zastanawiał się nad tym samym. Jego ciekawość i badania doprowadziły go do stworzenia nowego modelu atomu, znanego dziś jako model Bohra. Ale zanim dowiemy się więcej o jego pracy i osiągnięciach, poznajmy Nielsa Bohra.
W październiku 1885 r. w Kopenhadze w Danii Christian i Ellen Bohrowie powitali w swojej rodzinie nowego chłopca i nadali mu imię Niels. Miał on już jedną starszą siostrę, Jenny, a kilka lat później do rodziny dołączył brat Harald. W 1903 r., w wieku 18 lat, Neils Bohr zapisał się na studia licencjackie na Uniwersytecie w Kopenhadze na kierunku fizyka. Dwa lata później dołączył do niego jego brat Harald. Obaj bracia Bohrowie zawsze byli sobie bardzo bliscy i obaj zostali wpływowymi profesorami na Uniwersytecie Kopenhaskim; Neils w dziedzinie fizyki, a Harald w matematyce.
W 1911 r. Bohr zakończył edukację na Uniwersytecie Kopenhaskim, otrzymując tytuł doktora filozofii (Ph.D.) w dziedzinie fizyki za pracę nad zachowaniem elektronów w metalu. Zaledwie rok później ożenił się z Margrethe Norlund, z którą miał sześcioro dzieci, w tym syna Aage, który podobnie jak jego ojciec otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki!
Po uzyskaniu doktoratu Bohr przez kilka lat uczył na Uniwersytecie Wiktorii, ale w 1916 r. wrócił na Uniwersytet Kopenhaski i już niedługo miał wnieść znaczący wkład w nasze rozumienie atomu.
Bohrowy model atomu
Niels Bohr był zainteresowany zrozumieniem, co dzieje się wewnątrz atomu. Atomy są tak małe, że niemożliwe było zajrzenie do ich wnętrza, zwłaszcza we wczesnych latach 1900. Aby dowiedzieć się, co dzieje się wewnątrz atomu, musiał zbadać sposób, w jaki zachowują się atomy, a następnie wymyślić model, który wyjaśniałby, co się dzieje. W nauce model naukowy to pomysł na to, jak działa natura, który można przetestować i wykorzystać do wyjaśnienia wielu zaobserwowanych zjawisk.
Bohr przestudiował modele atomu, które były już używane przez naukowców i ulepszył je, tworząc nowy model, który lepiej wyjaśniał, jak atomy faktycznie działały. Jego nowy model został nazwany na jego cześć i nosi nazwę modelu Bohra. W modelu Bohra dodatnio naładowane protony i neutralne neutrony są ciasno związane w jądrze, czyli w centrum atomu. Ujemnie naładowane elektrony poruszają się wokół jądra po określonych orbitach.
Zgodnie z modelem Bohra, elektrony krążą wokół jądra w określonych miejscach, zwanych powłokami. Niektóre powłoki elektronowe wymagają, aby elektrony miały więcej energii niż inne, więc jeśli elektron zaabsorbuje trochę energii, może przejść do powłoki o wyższej energii. Jeśli przesunie się w drugą stronę, z orbity o wysokiej energii na orbitę o niskiej energii, wyemituje mały pakiet energii zwany kwantem.
Model ten bardzo dobrze wyjaśniał zachowanie atomów. W szczególności wyjaśniał, dlaczego niektóre elementy mają tendencję do tworzenia wiązań chemicznych łatwiej niż inne. Bohr twierdził, że atomy są najbardziej stabilne, gdy zewnętrzne orbity elektronowe są pełne. W większości atomów oznacza to, że mają one osiem elektronów. Pierwiastki, których atomy mają już pełną zewnętrzną powłokę elektronową, są bardzo stabilne i niełatwo tworzą wiązania z innymi atomami. Przykładem tego typu atomów są gazy szlachetne, takie jak neon i argon. Jeśli atomy nie mają jeszcze ośmiu atomów w swojej zewnętrznej powłoce elektronowej, mają tendencję do łączenia się z innymi atomami, aby uzupełnić zewnętrzną powłokę i być bardziej stabilnymi. Tego typu atomy rzadko istnieją samodzielnie, ale prawie zawsze są związane z innymi atomami, aby utrzymać pełną zewnętrzną powłokę elektronową.
Nagrody i dziedzictwo
W 1922 roku Niels Bohr otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę, która przyczyniła się do lepszego zrozumienia struktury atomu. Chociaż jest on najbardziej znany z opracowania modelu Bohra atomu, osiągnął również wiele innych rzeczy w ciągu swojego życia. Spędził wiele lat na badaniu jądra atomowego i tego, jak można je rozszczepić, aby uwolnić energię. Jego badania zostały wykorzystane w rozwoju broni atomowej i energii jądrowej, a większość swojego późniejszego życia poświęcił na promowanie pokojowego rozwoju energii jądrowej i rozwiązywanie problemów, które wynikły z rozwoju broni atomowej podczas II wojny światowej. W uznaniu jego wysiłków na rzecz odpowiedzialnego wykorzystania energii atomowej Niels Bohr otrzymał w 1957 roku nagrodę Atoms for Peace Award.