Le rayon de Bohr est une unité de mesure utilisée en physique atomique pour décrire le plus petit rayon possible d’un électron en orbite autour du noyau dans un atome d’hydrogène. Il a été développé par Niels Bohr, sur la base de son modèle de structure atomique, qui a été introduit en 1913. La valeur du rayon de Bohr est calculée à environ 0.53 angström.
Dans son modèle d’atome, Niels Bohr a théorisé que les électrons suivent des orbites circulaires spécifiques autour du noyau central, maintenus en place par la force électrostatique. Ce modèle s’est avéré plus tard incorrect et est maintenant considéré comme une description beaucoup trop simple de la structure atomique. Les théories actuelles décrivent l’emplacement des électrons en termes de zones de probabilité sphériques, appelées coquilles. Cependant, le rayon de Bohr est toujours considéré comme utile en physique, car il continue de fournir une mesure physique pour le plus petit rayon qu’un électron puisse avoir. Les étudiants en physique apprennent souvent le modèle et les équations de Bohr en premier, comme introduction avant de passer à des modèles plus compliqués et précis.
L’hydrogène, avec un seul électron, est le plus simple de tous les atomes, c’est pourquoi le rayon de Bohr est basé sur lui. Le modèle de Bohr explique que l’orbite d’un électron peut varier en fonction de la quantité d’énergie dont il dispose. Le rayon de Bohr estime l’orbite de l’électron d’hydrogène alors qu’il est dans son état fondamental, ou à son énergie la plus basse.
Plusieurs facteurs sont utilisés pour calculer le rayon de Bohr. La constante de Planck réduite, une constante physique utilisée en mécanique quantique, est divisée par plusieurs autres unités. Ceux-ci incluent la masse de l’électron, la vitesse de la lumière dans le vide et la constante de structure fine, qui est une autre constante physique utilisée en physique.
Un facteur qui n’est pas pris en compte par l’équation du rayon de Bohr est la masse réduite, qui fait référence à des systèmes dans lesquels deux particules ou plus exercent une force l’une sur l’autre. Lorsque le rayon est utilisé comme constante dans des équations se référant à des atomes plus complexes, cela a du sens et est en fait plus pratique. Cela est dû au fait que la correction de masse réduite devrait être différente de celle requise pour l’hydrogène, et l’inclure rendrait l’ajustement plus compliqué. Cependant, cela fausse légèrement la mesure du rayon de l’atome d’hydrogène. Afin de le calculer plus précisément, il existe une deuxième formule impliquant la longueur d’onde de Compton du proton et l’électron de l’atome.