Postulate de bor

Până în 1913, au existat trei fapte experimentale care nu puteau fi explicate în cadrul fizicii clasice:

  1. Regularitățile empirice ale spectrului de frecvențe al atomului de hidrogen, exprimate în formula Balmer-Rydberg.
  2. Modelul nuclear al atomului Rutherford.
  3. Cuantumul caracteristic al radiației și absorbției luminii (radiație termică și efect fotoelectric).

Pentru a putea rezolva dificultățile Bohr (om de știință danez) formulat trei postulate pentru atomi de hidrogen și hidrogen - un nucleu de încărcare Ze și un electron se mișcă în jurul nucleului.







I postulează - postulatul stărilor staționare:

În sistem, există unele stări staționare care nu se schimbă odată cu timpul fără influențe externe. În aceste stări atomul nu emite lumină.

Postulate de bor
Al II-lea postulat - regula de cuantizare a orbitelor:

În starea staționară a unui atom, un electron, care se deplasează de-a lungul unei orbite circulare cu accelerație, nu emit lumină, trebuie să aibă valori discrete (cuantificate) ale momentului unghiular

Al treilea postulat - regula orbitelor:

Radiații este emisă sau absorbită de lumină într-un cuantum de energie la trecerea de electroni de la o stare de echilibru la altul.

Amplitudinea cuantului de lumină este egală cu diferența dintre energiile stațiilor staționare, între care tranziția electronică

.

Postulate de bor
n

Un set de posibile frecvențe discrete

Tranzițiile cuantice determină spectrul de linie al atomului.

§4 Experimentele lui Frank și Hertz

Primul și al treilea postulate ale lui Bohr au fost confirmate experimental în experimentele lui Frank și Hertz (oamenii de știință germani) în 1913.

Postulate de bor
Tub de vid umplut cu vapori de mercur (presiune p

13 Pa) conține un catod (K), două plase (C1 și C2) și un anod (A). Electronii emise de catod au fost accelerați de o diferență de potențial aplicată între K și C1. Intre grila C2 și un potențial de retardare mic aplicat 0,5 V. Electronii sunt accelerate în regiunea în care ciocnirile experiență cu atomii de mercur. Electronii care au suficientă energie după coliziune pentru a depăși potențialul de întârziere în regiunea 3 (conform figurii) ajung la anod. În cazul coliziunilor inelastice de electroni cu atomi de mercur, acestea din urmă pot fi excitate. Conform teoriei Bohr, fiecare dintre atomul de mercur poate fi obținut numai o anumită energie, astfel, se deplasează într-una din stări excitate. (Ground starea n = 1, excitat - n = 2, 3, 4, ...) De aceea, dacă atomii există stare staționară, electronii se ciocnesc cu atomii de mercur, trebuie să economisească energie discret la anumite porțiuni, egală cu diferența de energie corespunzătoare staționare state.







Rezultă din experiment că, cu o creștere a potențialului de accelerare de 4,86 ​​V, curentul anodic crește monotonic. Trecând la U = 4,86 ​​V printr-un maxim, curentul anodic scade brusc. Apoi crește din nou cu schimbarea U = 4.86 ÷ 2 · 4.86 V. La U = 2 · 4.86 V cade și apoi crește din nou, etc.

Postulate de bor
Cea mai apropiată de starea de bază a atomului de mercur este starea emoționată, care este de 4,86 ​​EV distanță de starea solului. În timp ce diferența de potențial UC1-K <4,86 В электроны испытывают упругие столкновения, и под действием поля летят к А. При UС1-К = 4,86 В энергия электронов поглощается парами ртути, и энергии электронов не хватает на преодоление задерживающего потенциала и т.д.

Atomul mercurului, trecând la starea solului, emite lumină cu λ = 255 nm (UV), care a fost detectat în experiment. Astfel, experiența lui Frank și Hertz a confirmat I și III postulate ale lui Bohr.

§5 Spectrul unui atom de hidrogen în Bohr

Când electronul se mișcă pe orbită, forța Coulomb este centripetală. atunci

Conform celui de-al doilea postulat al lui Bohr

Raza primei orbite Bohr este

Energia internă a unui atom este egală cu suma energiei cinetice și potențiale

Postulate de bor

Înlocuind expresia pentru r în formula, obținem valorile permise ale energiei:

unde semnul minus înseamnă că electronul este într-o stare legată. Din formula (1) rezultă că stările energetice ale unui atom formează o secvență de niveluri de energie care variază cu valoarea lui n. Integerul n din (1), care determină nivelele energetice ale atomului, se numește numărul cuantic principal. Starea energiei cu n = 1 este starea de bază. O stare cu n> 1 este numită excitată. Nivelul de energie corespunzător stării de bază este numit starea de bază, toate celelalte sunt excitate.

Ionizarea unui atom este detașarea unui electron de la un atom. Energia de ionizare a atomului de hidrogen este de 13,6 eV.

Conform celui de-al doilea postulat al lui Bohr, atunci când un atom de hidrogen se deplasează dintr-o stare staționară n într-o stare staționară m (n> m), un cuantum cu energie

- formula Balmer-Rydberg,

unde este constanta Rydberg.

Teoria lui Bohr este contradictorie internă: aplică legile fizicii clasice, dar se bazează pe postulatul cuantic. Teoria lui Bohr nu poate explica spectrul atomului de heliu.







Trimiteți-le prietenilor: