92. Постулати Бора

Квантовою фізикою встановлено, що світло випромінюють атоми. Пояснив випромінювання атому з одним електроном датський фізик Нільс Бор.

Постулати Бора

1. Постулати Бора описують умови існування і випромінювання атомної системи (атомна система - це ядро, навколо якого обертаються електрони) .

2. Визначення. 1-й постулат - атомна система може знаходитись тільки у особливих стаціонарних станах (квантових станах), яким відповідає певна енергія W_n . У стаціонарному стані атом не електромагнітні кванти не випромінює.

2-й постулат - атом випромінює електромагнітні кванти під час переходу з одного стаціонарного стану з енергією W_m в інший з енергією W_n. Енергія кванта, що випроменився дорівнює різниці енергії стаціонарних станів.

3. Математичний опис. hn=W_m-W_n

4. Межі застосування. Постулати Бора описують тільки атом, з одним електроном, тобто атом водню, додатній іон гелію і двічі іонізований атом літію. Усі інші атоми описуються квантовою механікою.

Випромінювання і поглинання світла атомом

Атомна система - це ядро, навколо якого обертаються електрони. Електрони можуть обертатися тільки по певним орбітам, кажуть атом може знаходитись тільки у певних стаціонарних енергетичних станах. Якщо електрон переходить з вищої орбіти на нижчу (рис. 6.18), то атом випромінює електромагнітний квант з енергією hn = W_m – W_n. Для того щоб електрон перейшов з більш низької орбіти на вищу потрібно, щоб атом поглинув електромагнітний квант з енергієюhn = W_m –W_n., деW_m іW_n енергії атомної системи (надалі ці енергії будемо називати енергетичні рівні атомної системи). Якщо енергія кванта не дорівнює різниці енергетичних рівнів (hn¹W_m–W_n). То електромагнітний квант узагалі не поглинається атомом.

Енергетичні рівні атомної системи

Кожній допустимій електронній орбіті відповідає певний енергетичний рівень, енергію якого можна знайти у вигляді суми потенціальної W_пі кінетичної енергіїW_келектрона.

Потенціальна енергія електрона W_п, який знаходиться на великій відстані від ядра (R=∞) приймається рівній нулю (W_п=0). Тому всередині атома енергія електрона буде меншою, тобто від’ємною. Вона дорівнює енергії, яку необхідно затратити для переміщення електрона з орбіти атома на нескінченність проти дії електричної сили притягання.

Особливості стаціонарних станів атомної системи

_{1. Атомна система має безліч енергетичних рівнів.}

_{2. Перехід} атомної системи з одного енергетичного рівня на інший відбувається миттєво (t=0).

_{3. Стан атомної системи, при якому електрони знаходяться на будь - якому, крім першого, енергетичному рівні називається збудженим. У збудженому стані атом може перебувати не більше 10}^-8c. Після чого він переходить на більш низький енергетичний рівень.

_{4. Стан атомної системи, при якому електрони знаходяться на першому, енергетичному рівні називається не збудженим. У не збудженому стані атомна система може перебувати як завгодно довго.}

93. Походження лінійчатих спектрів випромінювання атомів. Спектри випромінювання воднеподібних атомів. Формула Бальмера-Рідберга. Спектральні серії

Пояснення атому водню

Постулати Бора дозволили пояснити закономірності експериментально виявлених спектральних ліній атомів, що мають один електрон (атомів водню і іонів гелію, та літію).

За теорією Бора атом водню складається з ядра, що містить 1 протон, і електрона. Електрон рухається навколо ядра і може мати безліч енергетичних рівнів (Рис. 6.21).

Видимий спектр випромінювання водню пояснюють переходом атомної системи з більш високого енергетичного рівня на нижчий. Тобто спектральні лінії відповідають переходам атомів із збуджених стаціонарних станів у той або інший стаціонарний стан із меншою енергією.

Усі спектральні лінії, що утворюються при переході атома водню з більш високого енергетичного рівня в один і той самий стаціонарний стан, об'єднані в серії, яким привласнені імена вчених, їх, що відкрили: Лаймана (№1), Бальмера (№2), Пашена (№3), і ін. №1; №2. – це номера енергетичних рівнів, на які відбуваються перехід атома. (На малюнку показано серію Бальмера – це єдина серія яка дає випромінювання у видимому діапазоні.)

Виходячи з другого постулату Бора можливі частоти випромінювання атому водню можна знайти за формулою бальмеера - рідберга:, деν– частота випроміненого атомом кванта;R–постійна Ридберга(R=3,29∙10¹⁵Гц)mіn– енергетичні рівні атому водню.