Модель атома Бора

Планетарная модель атома имела ряд противоречий. Согласно классической электродинамики, вращающийся вокруг ядра электрон (электрический заряд) должен непрерывно излучать энергию в виде электромагнитных волн. Отсюда следует: 1) электрон должен в результате потери энергии упасть на ядро; 2) спектр излучения атома должен быть сплошным.

Однако атомы не исчезают (электрон не падает на ядро), а спектр излучения –линейчатый, где каждая линия в спектре образуется различными длинами волн излучения (различной частотой излучения).

Н. Бор (1913 г.) внес в планетарную модель атома Резерфорда квантовые представления. Квантовая теория разработана Планком, который считал, что наряду с пределами делимости вещества и электричества существует и предел делимости энергии – квант энергии. Величина излучаемого кванта энергии (Е) тем больше, чем больше частота излучения (ν), т.е. чем меньше длина волны (λ).

Для любого электромагнитного излучения величину кванта энергии можно вычислить из соотношения – уравнения Планка:

Е = h∙ν = h∙(с/λ), где h – постоянная Планка (6,63∙10^-34 Дж∙с).

Таким образом, каждую линию линейчатого спектра создают фотоны – кванты света с одинаковой энергией.

Атомы излучают энергию в виде фотонов или квантов энергии, которые для каждого вида атомов имеют вполне определенные значения.

Модель атома водорода Бора была разработана на основе двух положений-постулатов:

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по всевозможным орбитам, а лишь по строго определенным стационарным орбитам. На таких «дозволенных» орбитах он вращается, не излучая энергии. Математическое выражение для этого постулата:

m∙υ∙r = n∙h/2π (n-главное квантовое число; r-радиус орбиты, υ-скорость движения электрона).

2. При переходе с одной стационарной орбиты на другую электрон поглощает или излучает квант энергии: Е₂ – Е₁ = h∙ν.

Ближайшая к ядру орбита соответствует наиболее устойчивому – нормальному – состоянию атома. Чем дальше от ядра расположена орбита, тем большей энергией обладает находящийся на ней электрон.

Для атома водорода состояние, которое отвечает значению n=1, является основным или нормальным. Состояние атома водорода, при котором электрон находится на любой другой орбите, соответствующей значениям n = 2, 3, 4,…, называется возбужденным.

Математические решения уравнений, связывающих радиусы орбит со скоростью движения электрона, показывают, что радиусы орбит электрона атома водорода относятся друг к другу как квадраты натуральных чисел, а скорость движения электрона уменьшается с увеличением n.

Число n, определяющее размеры радиуса орбит, скорости движения электронов и их энергию, названо главным квантовым числом.

Модель атома Бора была дополнена Зоммерфельдом, который предположил, что в атоме могут быть не только круговые, но и эллиптические орбиты (что объясняло происхождение тонкой структуры спектра водорода).

Теория Бора-Зоммерфельда была построена на противоречиях – классических и квантовомеханических представлениях. Недостатки теории: 1) нельзя объяснить все детали спектра атома водорода; 2) нельзя количественно рассчитать химическую связь даже для атома водорода.

В теории Бора-Зоммерфельда предполагалось, что можно определить положение и скорость каждого электрона, а также проследить его движение по орбите. Но это оказалось невозможно.