Wat is de Bohr-straal?
De Bohr-straal is een maateenheid die in de atomaire fysica wordt gebruikt om de kleinst mogelijke straal te beschrijven van een elektron dat in een waterstofatoom rond de kern cirkelt. Het werd ontwikkeld door Niels Bohr, gebaseerd op zijn model van atoomstructuur, dat in 1913 werd geïntroduceerd. De waarde van de Bohr-straal wordt berekend op ongeveer 0,53 Angstrom.
In zijn atoommodel, theoretiseerde Niels Bohr dat elektronen specifieke cirkelvormige banen volgen rond de centrale kern, op hun plaats gehouden door elektrostatische kracht. Dit model bleek later onjuist te zijn en wordt nu beschouwd als een veel te eenvoudige beschrijving van de atomaire structuur. Huidige theorieën beschrijven de locatie van elektronen in termen van sferische waarschijnlijkheidszones, bekend als shells. De Bohr-straal wordt echter in de fysica nog steeds als nuttig beschouwd, omdat deze een fysieke meting blijft leveren voor de kleinste straal die een elektron kan hebben. Natuurkundestudenten leren vaak eerst het model en de vergelijkingen van Bohr, als een inleiding voordat ze verder gaan met meer gecompliceerde en nauwkeurige modellen.
Waterstof, met slechts één elektron, is de eenvoudigste van alle atomen, daarom is de Bohr-straal erop gebaseerd. Bohr's model legt uit dat de baan van een elektron kan variëren, afhankelijk van de hoeveelheid energie die het heeft. De Bohr-straal schat de baan van het waterstofelektron terwijl het zich in zijn grondtoestand bevindt, of met de laagste energie.
Er zijn verschillende factoren die worden gebruikt om de Bohr-straal te berekenen. De verminderde constante van Planck, een fysische constante die wordt gebruikt in de kwantummechanica, wordt gedeeld door verschillende andere eenheden. Deze omvatten de massa van het elektron, de snelheid van het licht in een vacuüm en de fijne structuurconstante, een andere fysische constante die in de fysica wordt gebruikt.
Een factor die niet wordt verklaard door de Bohr-radiusvergelijking is verminderde massa, die verwijst naar systemen waar twee of meer deeltjes op elkaar uitoefenen. Wanneer de straal wordt gebruikt als een constante in vergelijkingen die verwijzen naar meer complexe atomen, is dit logisch en eigenlijk handiger. Dit is te wijten aan het feit dat de correctie voor gereduceerde massa anders zou moeten zijn dan die nodig is voor waterstof, en het zou de aanpassing ingewikkelder maken. De meting van de straal van het waterstofatoom is echter enigszins scheef. Om het nauwkeuriger te berekenen, is er een tweede formule die betrekking heeft op de Compton-golflengte van het proton en elektron van het atoom.