Атомная модель Бора. Строение энергетических уровней атома. Основное состояние. Энергия ионизации.

Энергия ионизации атома водорода – минимальная энергия, которую нужно сообщить невозбуждённому атому водорода, чтобы удалить из него электрон:

Величина E₀ как единица энергии называется ридбергом (не путать с постоянной Ридберга).

Энергетические уровни

Основной (невозбуждённый) уровень n = 1;

Возбуждённые уровни n = 2, 3, 4, . . .

Основное состояние – это состояние атома с наименьшей энергией. Атом обладает наименьшей энергией в основном состоянии. Но если ему передать дополнительную энергию, он перейдёт в возбуждённое состояние. Электроны перейдут на уровень или подуровень с большей энергией.

Атомная модель Бора. Квантование момента импульса, радиуса орбиты и энергии электрона.

Отбор стационарных орбит – правило квантования Бора: момент импульса электрона, движущегося по стационарной орбите, может принимать только дискретные значения, кратные постоянной Планка. Для круговых орбит правило квантования Бора имеет вид:

Уравнение движения электрона:

Полная энергия водородоподобного атома:

Радиусы стационарных орбит:

Боровский радиус (радиус первой орбиты):

Скорости движения электрона:

Энергии электрона:

Энергия ионизации атома водорода (Е₀) – минимальная энергия, которую нужно сообщить невозбуждённому атому водорода, чтобы удалить из него электрон.

Постоянная тонкой структуры:

Опыт Франка и Герца, подтверждающий существование дискретных энергетических уровней атома.

Термоэлектронная эмиссия (эффект Эдисона) – излучение электронов из твёрдого тела, металла или полупроводников (обычно в вакуум или разреженный газ) при нагреве его до высокой температуры.

Опыт Франка и Герца (1913 г.)

В опыте использовалась газонаполненная лампа (наполненная парами ртути). Ожидалось, что до тех пор, пока энергия электрона меньше той минимальной порции, которую может принять атом, столкновения электрона с атомом будут абсолютно упругими. Сколько бы раз электрон упруго не сталкивался с атомами ртути, он доберётся до анода с той энергией, которую приобрёл в ускоряющем промежутке (задерживающее напряжение не будет помехой). Если мы будем увеличивать ускоряющее напряжение, то анодный ток будет расти, т.к. большая доля электронов будет доводиться до анода. В тот момент, когда энергия электрона станет равной или чуть-чуть большей той минимальной порции, которую способен принять атом, начнутся неупругие процессы. При неупругом процессе атом возбудится, электрон потеряет почти всю свою энергию. Нескольких вольт задерживающего напряжения хватит, чтобы не пустить такой электрон на анод. Если продолжать увеличивать напряжение, то тот электрон, который один раз неупруго столкнулся с атомом, отдал ему практически всю свою энергию, наберёт ещё энергию и прорвётся к аноду.

Потенциал возбуждения атомов ртути – 4,9 В (переход с основного уровня на первый возбуждённый).

Возрастание ускоряющего напряжения от 0 до 4,9 В сопровождается ростом силы тока. С ростом напряжения всё большее число электронов преодолевают область задерживающего напряжения. При достижении ускоряющего напряжения 4,9В сила тока резко падает. Электроны с кинетической энергией 4,9 эВ полностью теряют её в результате неупругого столкновения с атомами ртути.

Следовательно, опыт Франка и Герца показывает, что 4.9 эВ - наименьшая возможная порция энергии (квант энергии), которая может быть поглощена атомом ртути в основном энергетическом состоянии.