2. Постулаты Бора

На рубеже XX века был сделан ряд крупных открытий (открытие электрона, рентгеновских лучей, радиоактивности), доказывающих сложность строения атома. Большое значение имели опыты Резерфорда по рассеиванию ά-частиц и его планетарная модель атома, которую усовершенствовал Бор.

Постулаты Бора:

1) энергетическая структура атома дискретна.

В стационарном (разрешенном) состоянии атом не испускает и не поглощает энергию.

2) при переходе атома из одного состояния в другое, испускается (или поглощается) монохроматическое электромагнитное излучение. Энергия этого излучения равна разности энергии соответствующих уровней.

ΔΕ = Е_m – Е_n = hυ,

где ΔΕ- энергия (поглощения или излучения);

Е_m, Е_n- энергии соответствующих стационарных состояний.

В целом, теория Бора объясняла спектральные закономерности атома водорода и водородо-подобных атомов, но не смогла объяснить закономерности более сложных атомов. Она была переходным этапом к созданию современной физики - квантовой механики.

3.Энергетические уровни атома

Энергетическое состояние атома условно изображают в виде параллельных линий, каждая из которых соответствует энергии данного стационарного состояния, например энергетические уровни орбиталей 1S,2S,2P.

Е

возбужденные уровни

- энергия

(2P)

(2S)

(1S)

Если атом поглощает энергию (любым путем), то он переходит с одного уровня на более высокий, тогда например:

ΔΕ = Е₃ – Е₁ ( переход электрона с уровня 1 на уровень 3)

В возбужденном состоянии атом находится t=10^-8 с. После чего, атом (электрон) возвращается в исходное состояние с выделением этой энергии:

ΔΕ = Е₃ – Е₁ = hυ

где ∆Е – энергия кванта света по Планку;

h – постоянная Планка;

υ – частота.

Выделенная энергия, равная разности энергий соответствующих уровней.

При этом υ=с/λ,

где с- скорость света, м/с;

λ- длина волны, м.;

υ-частота.

Самое нижнее стационарное состояние называется основным.

4. Виды излучения

1. Спонтанное (самопроизвольное) происходит по внутренним причинам атома, хаотическое по частоте и энергии.

2. Индуцированное (вынужденное) происходит при условиях:

- атом уже возбужден

- энергия исходного первичного кванта равна разности энергий соответствующих уровней.

hυ = Е₂ - Е₁

Е

hυ

hυ

₂

Е₁

В результате происходит вынужденный квантовый переход с уровня Е2 на уровень Е1 с выделением идентичного кванта hυ, т.е первичный фотон дает два вторичных фотона. Это нашло практическое применение в принципах работы лазера.

Если свет – это поток частиц, то каждый фотон должен обладать импульсом Р = mc и внутренней энергией Е = mc², где с – скорость света.

В тоже время свет можно рассматривать как электромагнитную волну с энергией Е = hν = hc/λ, где h – постоянная Планка, ν – частота, λ – длина волны. Откуда: λ = h / mc.

Де Бройль выдвинул гипотезу о том, что волновыми свойствами обладают все движущиеся тела и частицы, т.е.: λ = h / mυ, где λ – длина волны частицы, движущейся со скоростью υ. Длина волны электрона, ускоряющегося электрическим полем напряжением U ≈ 1 кВ, соответствует длине волны рентгеновского излучения. И много меньше этой величины длина волны макрочастицы.

То есть по де Бройлю, волну может иметь любая частица, которая движется со скоростью v. Длина волны для макрочастиц очень мала λ≈ 10^-35м и на физические свойства это не влияет.

Для микрочастицы (например электрон) λ≈ 10^-9м. Эта длина соизмерима с размерами периода кристаллической решетки атомов, т.е такая структура может играть роль дифракционной решетки, что и было использовано для экспериментов подтверждающих волновые свойства электрона.

Первый такой опыт по доказательству волновых свойств электрона провели американские физики Дэвиссон и Джермер по дифракции электронов на монокристалле никеля.

В торой опыт, независимо друг от друга, провели Тартаковский и Томсон по дифракции электронов от металлической фольги в электронной лучевой трубке.

На пути электронных лучей ставилась золотая фольга, а на экране получалась дифракционная картина, аналогичная дифракции рентгеновских лучей.

Практическое применение волновых свойств электрона: 1) электронный микроскоп - у него вместо обычных линз специальные электромагниты (большая разрешающая способность); 2) электронография – это исследование структуры поверхности и строения вещества.

Люминесценция - это электромагнитное излучение в оптическом диапазоне, избыточное над тепловым, период которого больше периода световых волн, т.е это все не тепловые излучения (все виды холодного излучения).

Люминесценция – избирательное излучение, т.е не все вещества могут люминесцировать. Люминесценция происходит в результате сообщения атому дополнительной энергии, из за чего атом переходит в возбужденное состояние, где находится 10^-8с, после чего возвращается снова в исходное состояние, что сопровождается люминесцентным излучением.

Виды люминесцентного излучения по природе процессов, создающих его

Природа процессов	Наименование люминесценции	Примеры
1. Электр. поле	Электролюминесценция	Газовый разряд (лампы дневного света)
2. Химич. реакция	Хемилюминесценция	Гнилушки
3. Рентген. лучи	Рентгенолюминесценция	Экран рентгеновской трубки
4. Радиактивное излуч-е	Радиолюминесценция	Экран из ZnS
5. Свечение живых орг-в	Биолюминесценция	Бактерии, микроорганизмы
6. Ультрафиолетовое излучение	Фотолюминесценция	Фосфоры, люминофоры

По длительности свечения различают – флуоресценцию, - кратковременное свечение и фосфоресценцию – длительное свечение.