Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Квантовые постулаты Бора. Боровская теория атома водорода





Первый шаг на пути разрешения противоречий между теорией и результатами эксперимента в физике атома был сделан в 1913 г. Н. Бором. Свои представ­ления о механизме излучения и поглощения света атомом он сформулировал в виде следующих постулатов.

Первый постулат Бора: атом­ может находиться только в некоторых состояниях, в которых не происходит излучения, хотя при этом электроны в атоме движутся с ускорением.Такие состояния называются стационарными состояниями атома.

Второй постулат Бора: излучение света атомом происходит при переходе атома из одного стационарного состояния с большей энергией в другое стационарное состояние с меньшей энергией. При этом энергия кванта света определяется уравнением:

, (18.1)

где Еn - энергия начального состояния; Еk - энергия конечного состояния.

При поглощении кванта света или любой другой энергии атом переходит из одного стационарного состояния с меньшей энергией в другое стационарное состояние с большей энергией.

Для наглядного представления возможных энергетических состояний атомов и переходов атомов из одного состояния в другое используются энергетические диаграммы, на которых каждое стационарное состояние атома отмечается гори­зонтальной линией, называемой энергетическим уровнем (рис. 18.2).

Все стационарные состояния, кроме одного, являются ста­ционарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минималь­ной энергией Е1 . Это состояние атома называется основным состоянием. Все остальные стационарные состояния атома с энергиями Е2, Е3,..., Еп называются возбужденными состояниями.

Ниже всех остальных на диаграмме располагается энергетический уровень основного состояния атома, энергетические уровни возбужденных состояний располагаются над основным уровнем на расстояниях, пропорциональных разности энергий возбужденного и основного состояний.

Переходы атома из одного состояния в другое изображаются вертикальными линиями между соответствующими уровнями на диаграмме энергий, направление перехода обозначается стрелкой (рис. 18.2).

В результате соударения с другим атомом, с любой заряженной частицей или при поглощении фотона атом может перейти из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией (рис. 18.2а). Из любого возбужденного состояния атом самопроизвольно переходит в основное состояние или в другое возбужденное состояние с меньшей энергией. Этот переход сопровождается излучением фотонов (рис. 18.2б). Время жизни атомов в возбужденных состояниях обычно не превышает 10-7-10-9 с.

Основное изменение, внесенное в физику атома постулатами Бора, заключалось в отказе от представлений о непрерыв­ности изменения всех физических величин и в принятии идеи квантования значений физических величин, которыми описыва­ется внутреннее состояние атома. Квантование энергии атома объясняет линейчатый спектр излучения атомов.

Линейчатые спектры были открыты еще в начале XIX в., однако закономерности линейчатых спектров и их происхождение долго не удавалось установить. Первые успехи были достигнуты при изучении спектра водо­рода. Экспериментально было обнаружено, что спектральные линии группируются в отдельные серии. Анализ измеренных значений длин волн позволил получить эмпирическую формулу, по которой можно было рассчитать значения этих длин волн:

, (18.2)

где R = 1,097×107 м-1 - постоянная Ридберга; k и n – целые числа; k =1, n =2, 3, 4...- серия Лаймана (ультрафиолетовая область спектра); k =2, n =3, 4, 5...- серия Бальмера (видимая и близкая ультрафиолетовая область); k =3, n =4, 5, 6...- серия Пашена (инфракрасная область спек­тра). Эта формула получила название – обобщенная формула Бальмера.

Боровская теория атома водорода была разработана с использованием законов классической механики Ньютона и постулатов Бора. Для электрона, движущегося по стационарной орбите с номером n, Бор записал второй закон Ньютона:

, (18.3)

и правило квантования стационарных орбит:

, (18.4)

где m – масса электрона; vn – скорость электрона на орбите радиуса rn; - постоянная Планка с чертой (= 1,054×10-34Дж×с); е – элементарный электрический заряд.

Из уравнений (18.3) и (18.4) были получены следующие формулы:

, (18.5)

где ro = 0,529×10-10 м - боровский радиус атома водорода, n - номер орбиты; rn – радиус стационарной орбиты с номером n;

, (18.6)

где En - энергия стационарного состояния атома водорода; eo - электрическая постоянная, h - постоянная Планка, Ei =13,6 эВ - энергия ионизации атома водорода.

Второй постулат Бора позволяет определить энергию кванта света, излучаемого атомом, и длину волны излучения:

, (18.7)

. (18,8)

Последняя формула находится в прекрасном согласии с экспериментальной формулой (18.2).

Боровская теория атома водорода позволяет объяснить происхождение линейчатых спектров испускания, связывая их появление с наличием дискретного ряда энергетических состояний атомов и переходами между ними.

Согласно представлениям Бора, движение электронов вокруг ядра в стационарных состояниях определяется законами обыч­ной механики, для описания же процессов перехода атома из одного стационарного состояния в другое эти законы не примени­мы, и следует воспользоваться квантовыми представлениями. На рис. 18.3представлена схема энергетических уровней атома водорода. Значения энергии каждого уровня рассчитывались по формуле (18.6). Стрелками показаны переходы атома из одного стационарного состояния в другое, которые сопровождаются излучением квантов света. Серия Лаймана возникает при переходе атомов с вышележащих уровней энергии на первый (основной, n= 1), серия Бальмера – при переходе на второй уровень энергии (n= 2), серия Пашена – при переходе на третий уровень энергии (n= 3).




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1470; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.014 сек.