50-59 / 58

Первая попытка построить качественно новую - квантовую - теорию атома была предпринята в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором (1885--1962). Он поставил перед собой цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ящерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил два постулата.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.

В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условию mvr = nh

где т, - масса электрона, v - его скорость по n-й орбите радиуса r_n,

ℏ = h/(2).

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационар ной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией hv = En – Em ;равной разности энергий соответствующих стационарных состоянии (Е_n и Е_m - соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения)). При Е_т<Е_п происходит излучение фотона (переход атома из состояния с боль шей энергией в состояние с меньшей энергией, т. с. переход электрона с более удален ной от ядра орбиты на более близлежащую), при Е_т>Е_n- его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е. переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот v = (Е_n – Е_m)/h квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Исследование оптических спектров. Как известно, элементы в газообразном состоянии обладают л и н е й ч а т ы м и спектрами испускания и поглощения света    Каждому элементу свойственны определенные спектральные линии, отличные от линий других элементов. Так как атомы газа находятся в среднем на больших расстояниях и не влияют друг на друга, частоты линейчатого спектра элемента должны определяться свойствами отдельного атома этого элемента. 

Световая энергия существует в виде мельчайших неделимых порций —квантов;  атомы должны, следовательно, излучать и поглощать свет такими же порциями,  квантами. 

Энергия кванта пропорциональна частоте света v, т. е. равна hv,  где h=6,6 x10²⁷ эрг-сeк—постоянная Планка.

Энергия испущенного атомом кванта по закону сохранения энергии равна разности энергий атома до и после излучения, т. е. 

hv=Э - Э'         (1)

где Э - энергия начального состояния атома (до излучения); Э' — энергия конечного состояния атома (после излучения). Соотношение (1) связывает изменение энергии атома при испускании или поглощении света с частотой последнего v. Если бы энергия атома могла испытывать всевозможные изменения, то в атомном спектре присутствовали бы всевозможные частоты и он был бы с п л о ш н ы м подобно спектру раскаленного твердого тела.

В действительности же атомный спектр (т. е. спектр испускания или поглощения одноатомного газа) не сплошной, а  л и н е й ч а т ы й. Он содержит только некоторые определенные характерные для данного атома частоты. Следовательно, энергия атома не может испытывать всевозможные, любые изменения. Энергия атома может изменяться только на некоторые определенные значения. Зная спектр вещества, нетрудно найти эти значения с помощью соотношения (1).       Итак, оба класса явлений — оптические спектры и взаимодействие атомов с электронами — указывают на п р е р ы в н ы й  (д и с к р е т н ы й) характер внутренней энергии атомов. Энергия атома не может изменяться непрерывно. Она изменяется скачками на определенные, конечные порции, различные для разных атомов. Отсюда следует, что энергия атома не может быть любой, а может принимать только некоторые избранные значения, характерные для каждого атома.

 Возможные значения внутренней энергии атома получили названиеэнергетических или квантовых уровней.группы спектр. линий в ат. спектрах, частоты к-рых подчиняются определ. закономерностям. В спектрах испускания линии данной С. с. возникают при всех разрешённых излучательных квантовых переходах с разл. начальных возбуждённых уровней энергии на один и тот же конечный уровень и «сходятся» к границе серии, имеющей максимальную для данной серии частоту перехода ((см.АТОМ) рис. 1 в ст. ). Наиболее чётко С. с. выделяются в спектрах водорода и водородоподобных атомов, гелия, щелочных металлов.

Волн. числа линий в С. с. водорода определяются ф-лой:

v = R (1/n(i)- 1/n(k))

где R — Ридберга постоянная, ni и nk — целые числа, определяющие начальный и конечный уровни энергии. Для каждой С. с. ni постоянно, а числа, определяющие верхние уровни, nk=ni+1, ni+2, . . . Так, для ni=1 и nk=2, 3, ... получается серия Лаймана, частоты линий к-рой лежат в далёкой УФ области; при ni=2, nk=3, 4, . ...— серия Бальмера, её линии лежат в видимой и ближней УФ областях; при ni= 3, nk=4, 5, . . .— серия Пашена, расположенная в ИК области. В далёкой ИК области лежат серии Б рэкета (ni = 4), Пфунда. (ni=5) и Хамфри (ni=6). Ф-ла для С. с. водородоподобных атомов отличается от (*) коэфф. Z2 (Z — ат. номер).