Постулаты Бора
Наличие резких спектральных линий, испускаемых атомами химических элементов, указывает на то, что процессы внутри атомов должны быть дискретны. Законы же классической физика приспособлены для описания непрерывных процессов. Нильс-Бор в 1913 году ясно понял это противоречие и сформулировал два постулата:
1) Атом (и всякая атомная система) может находиться не во всех состояниях, допускаемых классической механикой, а только в некоторых избранных (квантовых) состояниях, характеризующихся определёнными дискретными значениями E1,E2,E3... . В этих состояниях, вопреки классической электродинамике, атом не излучает. Поэтому они называются стационарными состояниями.
2) При переходе из стационарного состояния с большей энергией En2 в стационарное состояние с меньшей энергией En1 энергия атома изменяется на En2 – En1. При этом испускается один фотон с энергией
hν = ħω = En2 – En1 (4)
Такое же соотношение справедливо и для случая поглощения. Соотношение (4) называется правилом частот Бора и объясняет комбинационный принцип Ритца. Сравнивая (1) и (4), находим:
Tn = - E n / С h (5)
 |
Тем самым раскрывается физический смысл термов. Они определяются энергетическими уровнями атомов. Совокупность значений энергии стационарных состояний атома E1, E2, Е3... образует энергетический спектр атома.
В спектроскопии спектральные термы и уровни энергий принято изображать горизонтальными линиями, а переходы между ними стрелками. Стрелкам, направленным от высших уровней к низшим, соответствуют линии изучения, стрелкам, проведенным в обратных направлениях, линии поглощения. На рис.1 изображён спектр водорода.
Уровни энергии здесь нумеруются квантовым числом. За нуль принята энергия уровня с n = ∞ . Все энергетические уровни, расположенные ниже, дискретны. Им соответствуют отрицательные значения полной энергии атома. Выше линий n = ∞ энергия не квантуется, т. е. энергетический спектр непрерывен. Но при Е<0 движение электрона ограничено, а при Е > 0 не ограничено, т. е. при непрерывном энергетическом спектре атома электрон может, как угодно далеко удаляться от ядра и атом ионизируется.
Таким образом, ядро и электрон образуют связанную систему атом-электрон только в случае дискретного энергетического спектра.
Если понимать под атомом только связанные состояния, то можно сказать, что уровни энергии атома всегда дискретны, как это и постулировал Бор. В квантовой механике строго доказывается, что дискретный энергетический спектр является следствием ограничения области пространства, в которой электрон совершает движение. В случае атома это ограничение области движения электрона вызвано силой притяжения его к ядру. рис.1.Энергетический спектр атома водорода
Двух постулатов Бора, конечно, недостаточно для построения полной теории. Они должны быть дополнены, прежде всего правилами квантования, с помощью которых могут быть вычислены уровни атома.
