§2. Атом водорода в теории Бора
Исходя из идеи Планка о квантовании энергии, Бор на основе модели атома Резерфорда создал свою теорию водородоподобного атома, основанную на трёх постулатах:
Постулаты Бора:
Электроны в атоме движутся по стационарным орбитам, среди которых разрешенными являются только те, радиусы которых удовлетворяют условию квантовых значений момента импульса:
(n =1,2,3…)
где постоянная Планка,
масса электрона,
скорость движения электрона по круговой
орбите,
радиус орбиты,
Движение электрона по стационарной орбите не сопровождается излучением и поглощением энергии.
Испускание и поглощение энергии происходит только при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.
При En > Em – излучение
En < Em - поглощение
Набор возможных дискретных значений частот квантовых переходов определяет линейчатый спектр атомов.
§3. Линейчатый спектр атома водорода
Р
азреженные
газы (отдельные атомы находятся на
большом расстоянии друг от друга)
испускают линейчатые спектры. Причем
каждому газу присущ свой спектр, состоящий
из отдельных спектральных линий гели
групп близко расположенных линий.
Водород – простейший атом, и его спектр
наиболее изучен
При переходе электрона с верхнего уровня
на нижний (рис) атом излучает квант
энергии
Чем больше разность энергий En-Em,
тем больше частота излучения (
)
и тем меньше длина волны излучения
(
).
Поглощая квант энергии hν, электрон переходит с
нижнего уровня на верхний .
Частота
(или длина волны
),
соответствующая той или иной линии
спектра излучения определяется формулой
Бальмера:
или
=1.10
107
м-1 – постоянная Ридберга
- тоже постоянная Ридберга
m – номер уровня на который переходит электрон;
n – номер уровня с которого переходит электрон.
- частота
При переходе электронов с разных верхних уровней на какой-либо фиксированный уровень, спектральные линии образуют группу переходов, которая называется спектральной серией.
Например, если электроны переходят на первый ( m=1) уровень с более высоких уровней (n= 2, 3, 4, 5…), то все эти переходы объединяются в спектральную серию( серию Лаймана).
Каждая серия имеет название в зависимости от номера уровня, на который переходят электроны (рис.)
При:
m=1 – серия Лаймана;
m=2 – серия Бальмера (видимая часть спектра водорода);
m=3 – серия Пашена;
m=4 – серия Брэкета;
m=5 – серия Пфунда;
m=6 – серия Хэмфри.
Для серии Бальмера
… или
где (n=3, 4, 5…)
То есть, в видимой части спектра излучения в серии Бальмера присутствуют линии разного цвета (разной длины волны или частоты). На рисунке :
красная линия - это крайняя левая линия с самой маленькой ΔЕ (переход с 3-го уровня на 2-й )
фиолетовая линия – это крайняя правая линия в серии Бальмера, у которой самая большая ΔЕ.
Спектр поглощения возникает при переходе атома из стационарного состояния (n=1) в возбужденное при сообщении атомам извне определенной энергии, т.е. содержит только серию Лаймана.
Вывод: теория Бора блестяще справилась с описанием спектра излучения водорода и водородоподобных атомов, позволяет вычислять частоты спектральных линий. Однако теория Бора не может объяснить интенсивность линий и ответить на вопрос: почему совершаются те или иные переходы. Кроме того, попытки описать с её помощью уже следующий в периодической системе химических элементов атом гелия потерпели неудачу.
После открытия волновых свойств вещества стала очевидной необходимость построения новой более последовательной теории строения атома