Спектры излучения и поглощения в атомах водорода

Рис.4.Стационарные орбиты атома водорода

и образование спектральных серий

Простейшим из атомов является водород. Он содержит единственный электрон. Ядром атома является протон – положительно заряженная частица, заряд которой равен по модулю заряду электрона, а масса в 1836 раз превышает массу электрона. Еще в начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атома водорода в видимой области (линейчатый спектр). Впоследствии закономерности, которым подчиняются длины волн (или частоты) линейчатого спектра, были хорошо изучены количественно (И. Бальмер, Швейцария, 1885 г.). Совокупность спектральных линий атома водорода в видимой части спектра была названа серией Бальмера. Позже аналогичные серии спектральных линий были обнаружены в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. В 1890 году И. Ридберг получил эмпирическую формулу для частот спектральных линий:

, т =1, 2, 3, 4, 5, 6; n = m +1, m +2,… (1)

где R = 3,2910¹⁵ с^-1 – постоянная Ридберга. Для серии Бальмера в видимом свете m = 2, n = 3, 4, 5, ... . Для ультрафиолетовой серии (серия Лаймана) m = 1, n = 2, 3, 4, ... . До Бора механизм возникновения линейчатых спектров и смысл целых чисел, входящих в формулы спектральных линий водорода оставались непонятными.

Датский физик Нильс Бор в 1913 г. предпринял смелую попытку объяснить результаты анализа спектра атома водорода. Это была первая попытка построить качественно новую (квантовую) теорию атома.

46. Постулаты Бора. Квантование орбит. Боровская теория атома водорода

1. Первый постулат Бора (постулат стационарных состо­я­ний): в атоме существуют стаци­о­нар­ные состояния, в которых он не из­лучает энергию. Этим состо­я­ни­ям соответствуют стацио­нар­ные ор­биты электронов. Движение элек­тронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением.

(1)

2. 

   Рис. 1. Энергетические уровни атома и условное изображение процессов поглощения и испускания фотонов.

   Второй постулат Бора (правило частот): при пе­реходе электрона с одной ста­­ционарной орбиты на дру­гую излу­ча­ет­ся (поглощается) один фотон с энергией, рав­ной раз­ности энергий соответ­ству­ю­щих стационарных со­сто­яний до и после излучения

, (2)

излучение;  поглощение;

Набор состав­ля­ет ли­ней­­чатый спектр атома, n  главное квантовое число.

Опыты Д. Франка и Г. Герца (1913 г.)

Получено прямое экспериментальное доказательство существования стационарных состояний атома и квантования энергии.

Метод задерживающего потенциала, вакуумная трубка с парами ртути (Р = 13 Па); С₁, С₂  ускоряющая и задерживающая сетки.

Подтверждение 1-го постулата:

электроны передают энергию порциями с наименьшим квантом 4,9 эВ.

Подтверждение 2-го постулата:

атомы ртути, получив энергию Е, должны излучать квант с частотой

 источник ультрафиолетового излучения.