І. Теоретичні відомості. Експериментальне дослідження спектрів випромінювання різних розріджених газів (тобто спектрів випромінювання атомів) виявили лінійчаті спектри

Експериментальне дослідження спектрів випромінювання різних розріджених газів (тобто спектрів випромінювання атомів) виявили лінійчаті спектри, для яких справджуються певні закономірності.

Для водню було виявлено, що спектри випромінювання в енергетичному діапазоні розміщуються серіями ліній, котрі відносяться до однієї серії і зв’язані між собою функціональними залежностями.

Для видимої частини спектру випромінювання водню Бальмер виявив серію ліній (серію Бальмера), частота яких виражається емпіричною формулою:

, (1)

де n =3, 4, 5, 6... ; R=3,28 – стала Рідберга.

В спектрі водню знаходиться ще декілька серій, зокрема серія Лаймана в ультрафіолетовій частині спектру і серія Пашена в інфрачервоній частині спектру (рис. 4.2). Серія Лаймана описується формулою:

, (2)

де n = 2, 3, 4; а серія Пашена – формулою:

, (3)

де n = 4, 5, 6.

Серії Бальмера, Лаймана і Пашена схематично зображені на рис.1.

Лінійчатий характер спектрів випромінювання (і поглинання) атомів вказує на те, що атом може випромінювати (і поглинати) енергію тільки певними порціями – квантами. Тобто, звідси слідує, що атом може знаходитися лише в певних дискретних енергетичних станах. Переходячи з одного стану в інший, він випромінює або поглинає квант енергії, який дорівнює різниці енергій початкового і кінцевого станів (до випромінювання і після цього).

Виходячи з уявлень про дискретність енергетичних станів атома Н. Бор (1913 р. датський фізик) створив квантову теорію будови атома. В основу поклав три постулати (постулати Бора):

1. Електрони можуть рухатись в атомі тільки по орбітах цілком певного радіуса. Момент кількості руху електрона на цих орбітах кратний величині :

, (4)

де m – маса електрона, v – швидкість електрона, r – радіус орбіти, n – головне квантове число (n – 1, 2, 3...), h – стала Планка.

2. Рух електронів на стаціонарних орбітах не супроводжується випромінюванням (поглинанням) енергії.

3. Перехід електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу супроводжується випромінюванням (або поглинанням кванта енергії).

Величина цього кванта hv дорівнює різниці енергії (W₁ і W₂) стаціонарних станів атома до і після випромінювання (поглинання):

hv = W₁ - W₂ . (5)

Умову (4) називають умовою квантування радіуса орбіт, а умову (5) – умовою частот.

Отже частота електромагнітних хвиль, які випромінюються атомом, визначається не частотою обертання електрона навколо атома, а різницею енергій стаціонарних станів атома.

Таким чином, постулати Бора суттєво доповнили модель Резерфорда, позбавивши її від протиріч з експериментом щодо стійкості атомів.