Атомна модель Бора

О, Ти, незбагненний Атом,
Шедевр творіння Творця!
Де той Матерії анатом,
Який зміг би до кінця,
Через формулу иль споглядання,
Іль досвідом, коли-небудь
Осягнути Божественну Суть
Тебе – основи Світобудови?

У яких накреслено скрижалях
Те Слово, що в Тобі звучить?
Те Слово, що в Тобі шукали
Першопроходець Демокріт,
Батько Системи Менделєєв,
Твою Модель створив Бор,
І сонми інших Галілеєм
Знайти мріяли з давніх пір?

Джанта

Спектральний аналіз в поєднанні з квантовою теорією дозволили датському фізику Нільса Бора (1885-1962) запропонувати в 1913 р нову модель атома. Ми вже говорили про те, що головний недолік моделі атома, запропонованої Резерфордом, полягав у тому, що електрон, рухаючись по орбіті навколо атомного ядра, повинен постійно випромінювати енергію і, втративши її, через саме нетривалий час впасти на ядро. Бор припустив, що електрони в атомах можуть знаходитися в деяких стабільних станах, т. Е., Відповідно до терміна Резерфорда, на певних орбітах. Ці орбіти не можуть перебувати на будь-якій відстані від ядра, для них існує набір певних фіксованих положень, які називають квантовими рівнями. Енергія електрона залежить від відстані його орбіти до атомного ядра. Електрони, що знаходяться на таких орбітах, не випромінюють електромагнітних хвиль, оскільки, втрачаючи енергію, він повинен перейти на більш низьку орбіту.
Проте перехід електронів з більш високою орбіти на більш низьку можливий. Це явище називається квантовим стрибком, який, як і все в квантовій фізиці, важко уявити наочно. Електрон миттєво зникає з однієї орбіти і виникає на інший. Якщо ця нова орбіта має нижчий рівень, то електрон втрачає енергію, яка випускається атомом у вигляді кванта випромінювання, т. Е. Фотона (рис. 112). Частота цього випромінювання дорівнює, як ми знаємо, енергії кванта, поділеній на постійну Планка. Якщо різниця енергій між орбітами мала, то відбувається випромінювання в червоній області спектра, а якщо велика, то у синій або навіть ультрафіолетової його області.
Рис. 112. Схема випускання і поглинання фотона при переході електрона на іншу орбіту

Відповідно, для того щоб зробити квантовий стрибок на більш високу орбіту, електрон має поглинути квант енергії. Величина цієї енергії визначає орбіту, на якій цей електрон виявиться. Електрони, отже, можуть рухатися в атомі вгору і вниз стрибками з одного квантового рівня на інший, не займаючи проміжних положень.
Це подібно до того, як постоялець в готелі може переїхати в інший номер, що знаходиться на кілька поверхів вище або нижче колишнього, але ніколи не погодиться ночувати на сходах. Аналогію можна продовжити, якщо припустити, що в даному готелі комфортність, а отже, і ціна номерів збільшується з підвищенням поверху проживання. Тоді при переїзді на більш низький поверх постоялець отримає різницю у вартості, а при переселенні наверх повинен буде цю різницю доплатити.
Таке уявлення про атом дозволяє зрозуміти, чому випускання і поглинання світла відбувається не безперервно, а окремими ділянками, які утворюють лінії спектра. Переходячи з орбіти на орбіту, електрон випромінює або поглинає не будь-яке кількість енергії, а тільки таке, яке відповідає різниці квантових рівнів цих орбіт. Припустимо, енергія електрона, що знаходиться на найвищій або ~ орбіті n, дорівнює En, на орбіті m – Em, а на орбіті k – Ek. З орбіти En електрон може перейти або на орбіту Em, або на орбіту Ek. При цьому він може випустити фотони з енергією або (En – Em), або (En – Ek), або (Em – Ek) без всяких проміжних значень. Точно так само, піднімаючись з більш низької орбіти на більш високу, він може поглинути тільки ті фотони, енергія яких дорівнює або (En – Em), або (En – Ek). Фотони, що володіють іншими значеннями енергії, він залишить без уваги. Якщо номер на першому поверсі готелю коштує 1000 рублів, на другому – 2000, а на третьому – 5000 рублів, то при переїзді постоялець повинен буде заплатити (або отримати) 1000, 3000 або 4000 рублів. Ніякі інші суми при такому розрахунку не можуть бути використані.
Всім відомо, що багато речовин починають світитися, т. Е. Випромінювати світло, в процесі їх нагрівання. Це відбувається тому, що, купуючи енергію, атоми починають робити коливальні рухи з великою амплітудою і частіше стикаються один з одним. Споживаючи теплову енергію, їх електрони переходять на більш високі орбіти. Довго утриматися на цих орбітах вони не можуть і повертаються на звільнені низькі орбіти, випускаючи отриману енергію у вигляді фотонів світла. Чим більше отримана енергія, тим більше буде і енергія випущеного фотона, а отже, тим більше буде і частота випускається випромінювання. Ця закономірність закріпилася в народному виразі: «розжаритися НЕ червоного, а білого». Вона пояснюється тим, що при невеликому ступені нагріву предмет (наприклад, метал) містить мало енергії і її вистачає тільки на низькочастотне червоне випромінювання. У міру збільшення температури в испускаемой спектрі з’являються хвилі, що володіють все більшою частотою, і в результаті в ньому починають присутніми всі області спектра. Тому випромінювання стає білим. При ще більшому нагріванні можна зрушити спектр в область ще більших частот і отримати блакитне випромінювання. В астрономії відомо, що колір спостережуваних зірок залежить від їх температури. Найхолодніші представляються нам червоними, ті, що погарячіше, – білими, а самі розпечені – блакитними.
Перевірте свої знання
1. Від чого залежить енергія електрона в атомі?
2. Що відбувається під час квантового стрибка?
3. Що потрібно для того, щоб електрон перемістився на більш високу орбіту?
4. Як залежить колір випускається нагрітим тілом випромінювання від температури цього тіла?

Посилання на основну публікацію