Основні положення теорії будови атома водню за Бором

У 1913 році датський фізик Нільс Бор пояснив походження лінійчастих спектрів випромінювання атомів. Він застосував до планетарної теорії будови атома положення квантової механіки про дискретність електромагнітного випромінювання — енергія випромінюється певними порціями, які називають фотонами або квантами. Теорія будови атома водню Н. Бора базується на двох постулатах, згідно з якими:

1.Коли електрон обертається навколо ядра, то він знаходиться на стаціонарних орбітах і не випромінює енергії.

2.При переході з однієї орбіти на іншу електрон поглинає або випромінює квант енергії. Квант енергії поглинається при збудженні атома, внаслідок чого електрон переходить з ближньої до ядра орбіти на більш віддалену, і навпаки, при переході електрона з дальньої на ближню орбіту він випромінює квант енергії, який дорівнює:

E₂ – E₁ = h∙ v,

де h — стала Планка, яка дорівнює 6,63∙10^-34 Дж∙с, v — частота випромінювання, E₁ та Е₂ — енергія електрона на відповідних орбітах.

Виникнення ліній у спектрі випромінювання речовин зумовлене тим, що при нагріванні атоми елемента поглинають енергію і переходять у збуджений стан, тобто електрони атома переходять на атомні орбіталі більш віддалених від ядра електронних шарів. У такому збудженому стані атоми знаходяться лише 10^-8 – 10^-10 с. Випромінюючи енергію, електрони повертаються на атомні орбіталі, розміщені ближче до ядра. Випромінювання енергії збудженими атомами обумовлює появу в спектрі випромінювання речовини смуги з певною довжиною хвилі. Спектральні лінії водню, розміщені у видимій області, виникають при переході його збуджених електронів на другий енергетичний рівень - серія Бальмера (рис. 1).

Н. Бор обчислив радіуси орбіт та енергію електронів, розмішених на них, визначив енергію фотонів і положення ліній спектра атома водню. Обчислені та експериментально знайдені частоти спектральних ліній атома водню співпадали. Таким чином, модель атома водню за Бором кількісно описувала спектр його випромінювання та спектри інших одноелектронних частинок.

Удосконалення апаратури, яку використовують у спектральному аналізі, дозволило встановити, що окремі лінії спектра випромінювання атома водню в дійсності складаються із сукупності близько розміщених ліній. Явище розщеплення спектральних ліній пояснив у 1916 році Зоммерфельд, коли допустив, що електрон може знаходитися не лише на сферичних, а й на еліптичних орбітах.

З часом було встановлено, що під дією магнітного поля спектральні лінії розщеплюються ще більше і що окремі лінії спектра мають різну інтенсивність. Пояснити це явище, як і обчислити положення ліній спектра випромінювання багатоелектронних атомів, користуючись теорією Бора—Зоммерфельда, неможливо. Ця теорія була також безсилою при спробі кількісного обчислення енергії хімічного зв'язку навіть для такої простої молекули, як молекула водню.

Безумовною заслугою Н. Бора є створення кількісної теорії будови атома водню, пояснення стійкості атомів і походження атомних спектрів випромінювання. Однак його теорія була побудована на суперечностях, оскільки базувалася одночасно на класичних та квантово-механічних уявленнях.

Дата добавления: 2015-05-24