5.2.2 Постулаты Бора. Излучение и поглощение фотонов при переходе атома с одного уровня энергии на другой

Видеоурок: Модель атома по Бору

Лекция: Постулаты Бора. Излучение и поглощение фотонов при переходе атома с одного уровня энергии на другой

Несмотря на столь удачное открытие Резерфорда касательно модели атома, она столкнулась с некоторыми сложностями, которые смог растолковать Н.Бор.

Итак, нам уже известно, что электрон, которому придали ускорение, начинает излучать - это утверждение было выдвинуто Максвеллом. И это было не просто утверждение, а известный факт, которого стоило считаться. Так же нам известно, что любая частица, которая двигается с ускорением, тратит некоторую энергию, которая может пополниться только с помощью дополнительных условий.

Придерживаясь данной логики, можно сделать вывод, что любой электрон, который двигается по орбите, постоянно меняет направление своей скорости, а это значит, что он имеет ускорение. Стало быть, любой электрон, вращаясь вокруг ядра, должен постоянно терять энергию, и в конечном итоге упасть на ядро. Однако, этого вокруг не происходит. А значит, что-то не учтено.

Если использовать знания из динамики Ньютона, а также наблюдений Максвелла, можно сделать вывод, что электроны практически моментально теряют всю свою энергию, в результате чего существование каждого атома должно быть не более 10^-7 с, что на самом деле не так.

Постулаты Бора

Исходя из всего описанного, и того, что вокруг нас не происходит постоянного разрушение всех предметов, можно сделать вывод, что законы механики не справедливы для микромира. А что на самом деле происходит в атоме, мы рассмотрим прямо сейчас.

Описать, что происходит в атоме гидрогена, рискнул ученый Н.Бор, который предложил несколько правил (постулатов), которые неким образом отличались от всех известных законов, но смогли объяснить некоторые процессы в атоме. С помощью привычных законов можно описать практически все видимые явления, которые происходят вокруг нас - движение тела, изменение состояния газов, а также многое другое. Однако ни в одном из данных процессов энергия не рассматривалась в качестве порции. А так как мы знаем, что в результате движения частицы происходит излучение спектров, то энергия рассматривается в качестве парциальной величины, кратной энергии фотона. Именно поэтому для рассмотрения процессов в атомах следовало это учитывать.

Первый постулат:

Электрон может находиться на некоторой стационарной орбите, которой соответствует своя энергия. То есть, именно от энергии, которой обладает электрон, зависит, на какой орбите он может находиться или даже вырваться с нее.

Первый постулат гласит, что находясь на стационарных орбитах, атом не излучает.

Данный постулат звучит вполне сказочно, однако в начале 20 века стационарные состояния были доказаны Франком и Герцем. В зависимости от имеющегося набора энергий, электроны находятся на некоторых орбитах. Однако, из химии нам известно, что электроны могут перескакивать между орбитами. Как это происходит?

Второй постулат:

В то время, когда электрон перемещается между стационарными орбитами, происходит выделение или поглощение энергии. То есть при переходе орбиты с большей энергией на орбиту с меньшей энергией, происходит излучение.  Если же некоторый фотон налетает на электрон, тот полностью поглощает его. В результате этого происходит обратное перемещение электрона между орбитами.

Итак, например для того, чтобы электрон перешел с третьей орбиты на вторую, должно произойти излучение энергии, которую можно найти по формуле, указанной на рисунке:

Это позволяет понять причину того, что спектры в результате излучения атомами, являются линейчатыми. Стоит отметить, что величины энергий, которые поглощаются или излучаются в результате перехода электрона между уровнями, должны быть кратный элементарной энергии данного атома.

Третий постулат Бора:

Данный постулат позволяет определить природу квантования. Он говорит о том, что электрон может обладать моментом импульса, который будет прямо пропорционален перечеркнутой постоянной Планка: