double arrow

Постулаты Бора. Квантовый характер излучения и поглощения энергии

Квантовый характер излучения и поглощения энергии. Постулат Планка.

Основы квантовой механики строения атомов

Первую экспериментально обоснованную модель атома дал в 1911 году английский ученый Резерфорд с сотрудниками на основе анализа опытов по изучению рассеяния В модели Резерфорда, как уже упоминалось выше, в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся атомная масса. Вокруг ядра движутся электроны, число которых равно величине заряда ядра или порядковому номеру элемента. Подобная модель, являясь по сути своей правильной, тем не менее противоречит законам классической электродинамики. Ведь движущийся электрон должен непрерывно излучать энергию и, в конце концов, упасть на ядро. На самом деле этого, конечно, не происходит.

Недостаток модели Резерфорда заключался в том, что движение электронов описывалось законами классической физики, которые действительны для крупных физических тел или макрообъектов. Однако, как оказалось, законы движения элементарных частиц или микрообъектов принципиально отличаются от законов для макрообъектов. Поведение таких частиц изучают квантовые науки: квантовая химия, квантовая механика и т.д. Объяснять законы, которые действуют для микрообъектов, намного сложнее, чем законы, которым подчиняются макрообъекты. Почему это так? Дело в том, что объясняя законы физики и химии для микрообъектов, преподаватель может наглядно продемонстрировать обучаемым, как это все происходит, или же попросить студентов представить себе тот или иной процесс. В квантовой же химии многие процессы нельзя не только представить себе, но и доказать математически, их приходится принимать на веру, как постулаты. Напомним, что постулатами называются утверждения, принимаемые без доказательств или априори.

Квантовый постулат Планка гласит:

Лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, то есть отдельными порциями или квантами. При этом энергия каждой такой порции и связана с частотой излучения соотношением, получившим название уравнения Планка:

Где - постоянная Планка, равная 6,626

В 1913 году датский физик Нильс Бор разработал теорию строения атома водорода, используя модель Резерфорда и квантовый постулат Планка.

1. Электрон вращается вокруг ядра, не излучая и не поглощая энергии, по строго определенным стационарным орбитам, удовлетворяющим теорию квантов..

На каждой из этих орбит электрон обладает определенной энергией. Чем дальше от ядра расположена орбита, тем большей энергией обладает находящийся на ней электрон.

2. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другу атом излучает или поглощает энергию в виде светового кванта.

Для случая испускания энергии:

где – частота излучения светового кванта, - энергия атома при нахождении электрона на более удаленной от ядра орбите, - энергия атома при нахождении электрона на более близкой к ядру орбите.

Теория Бора позволила объяснить механизм образования оптического спектра. При переходе электрона с дальних энергетических уровней не один и тот же ближайший возникает спектральная серия. Одной линии соответствует отдельный переход электрона на данный уровень.

Описывая движение электронов в атоме по стационарным орбитам, Бор эти орбиты пронумеровал. Ближайшая к ядру орбита получила порядковый номер 1, следующая - 2 и т. д. Эти порядковые номера были названы главными квантовыми числами. Нильс Бор, используя вышеперечисленные постулаты, вывел формулы для радиусов стационарных орбит и энергии стационарных орбит, куда входили главные квантовые числа n:

где – радиус первой стационарной орбиты, равный

Отрицательный знак энергии означал устойчивость системы, которая тем более устойчива, чем ниже, то есть, чем более отрицательна ее энергия.

Итак, согласно Бору, главное квантовое число n определяло:1) номер электронной орбиты; 2) радиус электронной орбиты; 3) энергию электрона на данной стационарной орбите. Однако впоследствии появились работы, в которых утверждалось, что электрон нельзя представлять в виде материальной частицы, движущейся по строго определенным орбитам, так как и орбит в нашем обыденном понимании в атоме не существует. Возникла необходимость в более совершенной модели атома, основанной на новых открытиях в микромире.


Сейчас читают про: