Ключевые моменты боровской модели водорода

Модель водорода Бора основана на неклассическом предположении, что электроны движутся в определенных оболочках или орбитах вокруг ядра.

• Модель Бора рассчитала следующие энергии для электрона в оболочке:

$E(n) = - (1 / n^2 )·13,6 ~ эВ$

• Бор объяснил спектр водорода в терминах электронов, поглощающих и испускающих фотоны для изменения уровней энергии, где энергия фотонов

$hν = ΔE = (1/n_{нижн}^2 - 1/n_{верх}^2 )·13,6 ~ эВ$

• Модель Бора не работает для систем с более чем одним электроном.

Планетарная модель атома

В начале XX века появилась новая область исследований, известная как квантовая механика. Один из основателей этой области – датский физик Нильс Бор, который был заинтересован в объяснении спектра дискретных линий, наблюдаемого при излучении света различными элементами. Бор также интересовался структурой атома, которая в то время была предметом многочисленных споров. Многочисленные модели атома были постулированы на основе экспериментальных результатов, включая открытие электрона Дж.Дж. Томсоном и открытие ядра Эрнестом Резерфордом.

Бор поддерживал планетарную модель, в которой электроны вращались вокруг положительно заряженного ядра, так как планеты вращаются вокруг Солнца.

Однако оставалось много вопросов без ответов:

• Где электроны и что они делают?
• Если электроны вращаются вокруг ядра, почему они не попадают в ядро, как предсказывает классическая физика?
• Как внутренняя структура атома связана с дискретными эмиссионными линиями, создаваемыми возбужденными элементами?

Бор ответил на эти вопросы, используя, казалось бы, простое предположение: что если бы некоторые аспекты структуры атома, такие как электронные орбиты и энергии, могли принимать только определенные значения?

Квантование и фотоны

К началу 1900 годов ученые знали, что некоторые явления происходили дискретно, а не непрерывно. Физики Макс Планк и Альберт Эйнштейн предположили, что электромагнитное
излучение ведет себя не только как волна, но иногда как частицы, называемые фотонами. Планк изучил электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми объектами, и предположил, что испускаемое электромагнитное излучение было «квантовано», поскольку энергия света могла иметь только значения, определяемые следующим уравнением:

$Eфотон =nhν$,

где $n$ – целое положительное число, $h$ – постоянная Планка, $ν$ – частота света, которая
имеет единицы измерения 1/c.

Как следствие, излучаемое электромагнитное излучение должно иметь энергию, кратную $hν$.

Эйнштейн использовал результаты Планка, чтобы объяснить, почему при фотоэлектрическом эффекте требуется минимальная частота света для выхода электронов с металлической поверхности.

Когда что-то квантуется, это означает, что разрешены только определенные значения, например, как при игре на пианино. Поскольку каждая клавиша пианино настроена на определенную ноту, можно создать только определенный набор нот, которые соответствуют частотам звуковых волн.

Спектры атомных линий

Спектры атомных линий являются еще одним примером квантования.

Когда элемент или ион нагревается пламенем или возбуждается электрическим током, возбужденные атомы излучают свет характерного цвета.

Излучаемый свет может преломляться призмой, создавая спектры с характерным полосатым внешним видом из-за излучения определенных длин волн света.

Спектры эмиссии натрия, вверху, по сравнению с спектром эмиссии Солнца, снизу.

Темные линии в спектре излучения Солнца, которые также называют линиями Фраунгофера, происходят от поглощения определенных длин волн света элементами в атмосфере Солнца. Сравнение показывает, что пара темных линий вблизи середины спектра излучения Солнца, вероятно, обусловлена натрием в солнечной атмосфере.

Не получается самостоятельно разобраться с темой? Заказать написание статьи по физике!

Тест по теме «Ключевые моменты боровской модели водорода?»