Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Bohr Atomic Model बोर का परमाणु मॉडल (Bohr Atomic Model)

The Bohr model posits that electrons revolve in specific circular stationary orbits around a central positive nucleus without radiating energy. It applies classical mechanics alongside the quantization of angular momentum to explain atomic structure and line spectra. बोर मॉडल यह प्रतिपादित करता है कि इलेक्ट्रॉन एक केंद्रीय धनात्मक नाभिक के चारों ओर विशिष्ट वृत्ताकार स्थिर कक्षाओं (stationary orbits) में ऊर्जा का विकिरण किए बिना घूमते हैं। यह परमाणु संरचना और रेखीय स्पेक्ट्रा (line spectra) की व्याख्या करने के लिए कोणीय संवेग के क्वांटीकरण (quantization of angular momentum) के साथ-साथ चिरसम्मत यांत्रिकी (classical mechanics) का उपयोग करता है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Postulates and Stationary States अभिगृहीत और स्थिर अवस्थाएँ (Postulates and Stationary States)

  • Electrons revolve only in certain permitted circular paths called stationary states where centrifugal force balances electrostatic attraction.
  • The energy of an electron in a stationary orbit remains constant over time without continuous electromagnetic radiation emission.
  • Angular momentum (mvr) is quantized as an integral multiple of h / 2π.
  • इलेक्ट्रॉन केवल कुछ निश्चित अनुमत वृत्ताकार पथों में घूमते हैं जिन्हें स्थिर अवस्थाएँ कहा जाता है, जहाँ अभिकेंद्री बल (centrifugal force) स्थिर वैद्युत आकर्षण (electrostatic attraction) को संतुलित करता है।
  • एक स्थिर कक्षा में इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा समय के साथ स्थिर रहती है और निरंतर विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन नहीं होता है।
  • कोणीय संवेग (mvr) को h / 2π के पूर्णांक गुणज के रूप में क्वांटीकृत किया जाता है।

Derivations for Hydrogen-Like Species हाइड्रोजन-समान प्रजातियों के लिए व्युत्पत्ति (Derivations for Hydrogen-Like Species)

  • Radius increases quadratically with principal quantum number n and decreases inversely with atomic number Z.
  • Velocity is directly proportional to Z and inversely proportional to n, reaching about 0.0073c in the ground state of hydrogen.
  • Total energy is negative, indicating a bound system; potential energy is twice the kinetic energy in magnitude (PE = -2KE).
  • त्रिज्या मुख्य क्वांटम संख्या n के साथ द्विघातीय रूप से बढ़ती है और परमाणु क्रमांक Z के साथ व्युत्क्रमानुपाती रूप से घटती है।
  • वेग Z के सीधे आनुपातिक और n के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जो हाइड्रोजन की मूल अवस्था में लगभग 0.0073c तक पहुँच जाता है।
  • कुल ऊर्जा ऋणात्मक होती है, जो एक बद्ध तंत्र (bound system) को दर्शाती है; स्थितिज ऊर्जा परिमाण में गतिज ऊर्जा की दोगुनी होती है (PE = -2KE)।

Atomic Spectra and Rydberg Constant परमाणु स्पेक्ट्रा और रिडबर्ग नियतांक (Atomic Spectra and Rydberg Constant)

  • Energy is absorbed or emitted only when an electron jumps between stationary orbits according to ΔE = E2 - E1 = hν.
  • The spectral series include Lyman (UV), Balmer (Visible), Paschen, Brackett, and Pfund (Infrared).
  • The model successfully explains the origin of the hydrogen line spectrum but fails for multi-electron systems due to inter-electronic repulsions.
  • ऊर्जा का अवशोषण या उत्सर्जन केवल तब होता है जब कोई इलेक्ट्रॉन स्थिर कक्षाओं के बीच कूदता है, जो ΔE = E2 - E1 = hν के अनुसार होता है।
  • स्पेक्ट्रल श्रेणियों में लाइमन (UV), बामर (दृश्य), पाशन, ब्रैकेट और फंड (अवरक्त) शामिल हैं।
  • यह मॉडल हाइड्रोजन रेखीय स्पेक्ट्रम की उत्पत्ति की सफलतापूर्वक व्याख्या करता है, लेकिन अंतर-इलेक्ट्रॉनिक प्रतिकर्षण के कारण बहु-इलेक्ट्रॉन प्रणालियों के लिए विफल हो जाता है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Radius of nth Bohr Orbit nth बोर कक्षा की त्रिज्या (Radius of nth Bohr Orbit)
rn = 0.529 × (n2 / Z) Å
Conditions: For hydrogen-like single electron species
शर्तें: हाइड्रोजन-समान एकल इलेक्ट्रॉन प्रजातियों के लिए
इकाइयाँ: एंगस्ट्रॉम (Å)
Velocity of Electron in nth Orbit nth कक्षा में इलेक्ट्रॉन का वेग (Velocity of Electron in nth Orbit)
vn = 2.18 × 106 × (Z / n) m s-1
Conditions: For hydrogen-like species
शर्तें: हाइड्रोजन-समान प्रजातियों के लिए
इकाइयाँ: मीटर प्रति सेकंड (m s-1)
Energy of nth Bohr Orbit nth बोर कक्षा की ऊर्जा (Energy of nth Bohr Orbit)
En = -13.6 × (Z2 / n2) eV atom-1
Conditions: Total energy including kinetic and potential energy
शर्तें: गतिज और स्थितिज ऊर्जा सहित कुल ऊर्जा
इकाइयाँ: इलेक्ट्रॉन वोल्ट प्रति परमाणु (eV atom-1)
Rydberg Equation for Frequency आवृत्ति के लिए रिडबर्ग समीकरण (Rydberg Equation for Frequency)
ν̄ = 1 / λ = RH Z2 ( (1 / n12) - (1 / n22) )
Conditions: For electronic transition from n2 to n1 (n2 > n1)
शर्तें: n2 से n1 में इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के लिए (n2 > n1)
इकाइयाँ: प्रति मीटर (m-1)
Quantization of Angular Momentum कोणीय संवेग का क्वांटीकरण (Quantization of Angular Momentum)
mevr = n(ℏ / 2π) = nh / 2π
Conditions: For stable stationary orbits
शर्तें: स्थिर कक्षाओं के लिए
इकाइयाँ: जूल-सेकंड (J s)
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Bohr model accurately predicts multi-electron emission spectra.बोर मॉडल बहु-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन स्पेक्ट्रा की सटीक भविष्यवाणी करता है।

Observation: Applies strictly to hydrogen and hydrogen-like single-electron species (He+, Li2+, Be3+). — Neglects electron-electron repulsions and relativistic mass variations in polyelectronic atoms. प्रेक्षण: यह केवल हाइड्रोजन और हाइड्रोजन-समान एकल-इलेक्ट्रॉन प्रजातियों (He+, Li2+, Be3+) पर लागू होता है। यह बहु-इलेक्ट्रॉनिक परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण और सापेक्षिक द्रव्यमान परिवर्तनों की उपेक्षा करता है।

Exceptionअपवाद Orbits are strictly planar circular paths.कक्षाएँ सख्ती से समतलीय वृत्ताकार पथ हैं।

Observation: Sommerfeld's extension introduced elliptical orbits with azimuthal quantum numbers. — Needed to account for fine structure of spectral lines observed under high-resolution spectrometers. प्रेक्षण: सोमरफेल्ड के विस्तार ने दिगंशीय क्वांटम संख्याओं (azimuthal quantum numbers) के साथ दीर्घवृत्ताकार कक्षाओं को पेश किया। यह उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोमीटर के तहत देखे गए स्पेक्ट्रल लाइनों की सूक्ष्म संरचना (fine structure) को समझाने के लिए आवश्यक था।

Exceptionअपवाद Electron trajectory can be precisely known by simultaneous position and momentum.इलेक्ट्रॉन के प्रक्षेपवक्र को स्थिति और संवेग के एक साथ ज्ञान द्वारा सटीक रूप से जाना जा सकता है।

Observation: Violates Heisenberg's Uncertainty Principle. — Treating the electron as a localized particle with a definite trajectory contradicts its dual wave-particle nature. प्रेक्षण: यह हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत का उल्लंघन करता है। इलेक्ट्रॉन को एक निश्चित प्रक्षेपवक्र वाले स्थानीयकृत कण के रूप में मानना उसकी द्वैत तरंग-कण प्रकृति का खंडन करता है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Energy Shortcut for Hydrogenहाइड्रोजन के लिए ऊर्जा शॉर्टकट
En = -13.6 / n2 eV

Application: Directly calculate ionization energy or transition energy for hydrogen by plugging in n values without recalculating constants. अनुप्रयोग: स्थिरांकों की पुनर्गणना किए बिना n मानों को रखकर हाइड्रोजन के लिए आयनन ऊर्जा या संक्रमण ऊर्जा की गणना करें।

Total, Kinetic, and Potential Energy Relationshipकुल, गतिज और स्थितिज ऊर्जा संबंध
TE = -KE = PE / 2

Application: If kinetic energy is given as +x, immediately write total energy as -x and potential energy as -2x. अनुप्रयोग: यदि गतिज ऊर्जा +x दी गई है, तो तुरंत कुल ऊर्जा को -x और स्थितिज ऊर्जा को -2x लिखें।

Number of Spectral Lines Formulaस्पेक्ट्रल लाइनों की संख्या का सूत्र
Lines = (n2 - n1)(n2 - n1 + 1) / 2

Application: Calculate total number of emission lines when an electron drops from higher level n2 to ground or lower state n1. अनुप्रयोग: जब कोई इलेक्ट्रॉन उच्च स्तर n2 से निम्न स्तर n1 में गिरता है, तो उत्सर्जन लाइनों की कुल संख्या की गणना करें।

⚖️ Comparison of Orbit Radius, Velocity, and Energy Dependencies ⚖️ कक्षा त्रिज्या, वेग और ऊर्जा निर्भरता की तुलना
VariableचरDependence on n (Principal Quantum Number)n पर निर्भरता (मुख्य क्वांटम संख्या)Dependence on Z (Atomic Number)Z पर निर्भरता (परमाणु क्रमांक)
Radius (rn)त्रिज्या (rn)Proportional to n2n2 के समानुपातीInversely proportional to ZZ के व्युत्क्रमानुपाती
Velocity (vn)वेग (vn)Inversely proportional to nn के व्युत्क्रमानुपातीProportional to ZZ के समानुपाती
Energy (En)ऊर्जा (En)Inversely proportional to n2n2 के व्युत्क्रमानुपातीProportional to Z2Z2 के समानुपाती
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • The ground state energy of a hydrogen atom is -13.6 eV.
  • Radius of the first Bohr orbit (Bohr radius, a0) is 0.529 Å.
  • Balmer series is the only spectral series of hydrogen lying in the visible region.
  • Potential energy in a Bohr orbit is always negative and is equal to twice the total energy.
  • Frequency of revolution of an electron in the nth orbit is proportional to Z2 / n3.
  • The angular momentum of an electron in the 4th Bohr orbit is 2ℏ or 2h / π.
  • हाइड्रोजन परमाणु की मूल अवस्था ऊर्जा -13.6 eV है।
  • पहली बोर कक्षा की त्रिज्या (बोर त्रिज्या, a0) 0.529 Å है।
  • बामर श्रेणी हाइड्रोजन की एकमात्र स्पेक्ट्रल श्रेणी है जो दृश्य क्षेत्र में स्थित है।
  • बोर कक्षा में स्थितिज ऊर्जा हमेशा ऋणात्मक होती है और कुल ऊर्जा की दोगुनी होती है।
  • nth कक्षा में इलेक्ट्रॉन के घूमने की आवृत्ति Z2 / n3 के समानुपाती होती है।
  • चौथी बोर कक्षा में इलेक्ट्रॉन का कोणीय संवेग 2ħ या 2h / π होता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Forgetting the negative sign in total energy, leading to incorrect sign conventions in energy change calculations.
  • Confusing wavelength (λ) with wave number (ν̄) in Rydberg equation calculations.
  • Applying hydrogenic energy formulas directly to neutral helium (He) without accounting for electron-electron shielding.
  • Assuming orbits are 3D spherical shells rather than 2D circular paths in the strict Bohr context.
  • कुल ऊर्जा में ऋणात्मक चिह्न को भूल जाना, जिससे ऊर्जा परिवर्तन गणनाओं में गलत चिह्न परंपराएँ हो जाती हैं।
  • रिडबर्ग समीकरण गणनाओं में तरंगदैर्ध्य (λ) को तरंग संख्या (ν̄) के साथ भ्रमित करना।
  • इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन परिरक्षण (shielding) के लिए जिम्मेदार हुए बिना तटस्थ हीलियम (He) पर सीधे हाइड्रोजनिक ऊर्जा सूत्रों को लागू करना।
  • यह मान लेना कि कक्षाएँ 3D गोलाकार कोश हैं, न कि बोर संदर्भ में 2D वृत्ताकार पथ।