По мере накопления знаний о материи и веществе происходило появление и уточнение теорий, объясняющих особенности строения атомов. Поговорим кратко о теории строения атома Бора.
Согласно теории Максвелла, любой заряд, движущийся с ускорением, излучает электромагнитные волны и теряет энергию. Электрон, двигаясь по круговой орбите вокруг ядра, движется с постоянным центростремительным ускорением, и поэтому должен излучать, терять энергию, и в конце концов, упасть на ядро. Расчеты показывали, что это должно происходить в очень короткий промежуток времени, порядка десятков наносекунд. В реальности же атомы стабильны.
Вторым затруднением планетарной модели были сложности объяснения линейчатых спектров – противоречия здесь не было, но и обосновать наличие спектральных линий эта модель не могла.
Постулаты Бора
Для объяснения наблюдаемых явлений в 1913 г Н. Бор предложил свою теорию, базирующуюся на двух постулатах:
- Существуют особые стационарные состояния атома, находясь в которых электроны не излучают энергию, хотя двигаются с ускорением. В каждом стационарном состоянии электрон обладает некоторой энергией $E_n$, разной для разных состояний.
- Электроны излучают или поглощают энергию, переходя из одного стационарного состояния в другое, количество излучаемой или поглощаемой энергии равно разности энергий стационарных состояний.
Постулаты Н.Бора были допущениями, которые никак не обосновывались, исходя из классических теорий того времени. Однако, они явились первой ласточкой новой теории – квантовой механики.
Модель атома Н. Бора
На основе своих постулатов и законов механики И.Ньютона Н.Бор смог определить радиусы орбит электрона в атоме водорода, а также энергию, соответствующую стационарному уровню $n$:
$$E_n=-R_y{1over n^2},$$
где:
- $n$ – номер энергетического уровня (1,2,3…);
- $E_n$ – энергия электрона на уровне $n$;
- $R_y$ – постоянная Ридберга, численно равная 13.6 эВ.
Теория Бора объяснила как стабильность атомов, так и линейчатый характер спектров. Например, серия самых ярких линий спектра водорода, открытая в 1885 г И. Бальмером (названная его именем), соответствует переходам на второй энергетический уровень с третьего, четвертого и более высоких уровней.
Атом водорода способен излучать и более мощную серию, соответствующую переходам на первый энергетический уровень с более высоких, однако, эта серия лежит в ультрафиолетовой области, и была открыта только в 1906 г. Т. Лайманом. Есть и другие серии линий, соответствующих переходам на третий и более высокие уровни.
Что мы узнали?
Н. Бор разработал теорию строения атомов на основе своих двух допущений-постулатов. Эта теория смогла объяснить противоречие с электродинамикой Максвелла и линейчатый спектр излучения вещества.
