Неустойчивость атома Резерфорда

Атом должен непрерывно излучать электромагнитные волны

В результате за короткое время (~10^-8 секунды) электрон должен потерять энергию и упасть на ядро

Вывод:

Устойчивые атомы, в точности соответствующие модели Резерфорда, не существуют

Существование устойчивых состояний атома показывает, что внутренние процессы в атоме не подчиняются классическим законам.

Следующий шаг в развитии представлений об устройстве атома сделал в 1913 году выдающийся датский физик Н. Бор. Проанализировав всю совокупность опытных фактов, Бор пришел к выводу, что при описании поведения атомных систем следует отказаться от многих представлений классической физики. Он сформулировал постулаты, которым должна удовлетворять новая теория о строении атомов.

Постулаты Бора

Постулат 1. Атомная система может находиться только в некоторых особых, или стационарных, состояниях

Каждому состоянию соответствует определенная энергия Еn, n - номер состояния.

Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает энергию.

Атом водорода имеет один электрон на орбите.

Для такого атома номер энергетического уровня -это номер орбиты, на которой может

располагаться электрон.

Первое состояние имеет наименьшую энергию и называется основным.

Все остальные, более высокие уровни энергии, называются возбужденными.

В основном состоянии атом может находиться сколь угодно долго.

Для каждого возбужденного состояния есть свое определенное время жизни.

Энергия n уровня E_n связана с энергией основного уровня E₁

E_n = E₁/n²

Здесь Е1 – энергия основного (первого )уровня, равная для атома водорода –13,6 эВ.

Постулат 2.

При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух стационарных состояниях:

hν = Е_k - Е_n

Объяснение закономерностей линейчатых спектров

Излучение фотона

Поглощение фотона

Объяснение спектра атома водорода

Используя связь E_n = E₁/n² , из второго постулата Бора легко получается обобщенная формула Ридберга для спектра атома водорода.

hν = Е_k - Е_n

E_k = E₁/k²

E_n = E₁/n²

hν = E₁/k² - E₁/n² = E₁ (1/k² - 1/n²)

ν = (E₁/h) (1/k² - 1/n²)

Для атома водорода энергия первого уровня равна приблизительно —13,6 эВ.

Серии линий в спектре атома водорода образуются при переходах атома:

на первый энергетический уровень – серия Лаймана

на второй энергетический уровень – серия Бальмера

на третий энергетический уровень – серия Пашена

Домашнее задание

На рисунке представлена энергетическая диаграмма атома водорода. Стрелками указаны переходы с излучением или поглощением фотонов.

1. При каком переходе происходит излучение фотона с наибольшей энергией?

При каком переходе происходит поглощение фотона с наибольшей частотой?

При каком переходе происходит излучение фотона с наибольшей длиной волны?

2. Определите отношение энергий атома в первом и третьем энергетическом состояниях

3. Определите отношение энергий фотонов, излученных при переходе с первого уровня на второй и с первого уровня на четвертый.