Связь между спектральными линиями и электронами (открытие Бора)

Почему газообразные элементы поглощают или испускают излучение с фиксированными длинами волн, а не излучение с непрерывным (сплошным) спектром? Ответ на этот вопрос стал одним из величайших достижений Бора. Он установил соответствие между линиями атомного спектра и энергиями электронов в атомах. Он утверждал, что электрон в атоме не может иметь произвольных значений энергии в диапазоне непрерывного изменения, а должен иметь только определенные фиксированные значения энергии. Эти значения энергии Бор назвал дискретными, или квантовыми уровнями. Каждому такому значению энергии Бор приписал определенное число, которое он назвал квантовым числом. Электрон может перескакивать с одного энергетического уровня на другой, испуская или поглощая при этом определенное, фиксированное количество энергии. Эта порция энергии получила название кванта энергии.

Электрон на своем низшем энергетическом уровне считается находящимся в основном состоянии. Электроны на более высоких энергетических уровнях считаются находящимися в возбужденных состояниях. Переход электрона на более высокий энергетический уровень называется возбуждением.

Каковы же в точности эти кванты энергии, которые поглошаются или испускаются при переходах электронов с одного энергетического уровня на другой? Бору были известны результаты исследований Планка и Эйнштейна, а также то, что, согласно постулату Эйнштейна, свет состоит из фотонов. Бор предположил, что электрон может лишь перескакивать с одного энергетического уров-ля на другой, более высокий, поглощая при этом фотон строго определенной энергии. Поскольку

 

Энергия фотона, поглощаемого или испускаемого при электронном переходе, равна разности энергий тех уровней, между которыми происходит переход: ΔE = E2 — E1. (Греческая буква А используется для обозначения количественного изменения какого-либо свойства, или разности двух его значений.) Разность энергий ΔH связана с частотой v фотона уравнением ΔE = hv, где h постоянная Планка. Таким образом, каждый переход характеризуется вполне определенной частотой. Этой частоте соответствует конкретная линия в атомном спектре.

Энергия фотона связана с его длиной волны (или частотой), это означает, что поглощение может произойти только в том случае, если электрон поглотит фотон, имеющий строго определенную частоту. И наоборот, когда электрон спускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, он испускает фотон, имеющий определенную частоту. Эта частота соответствует вполне определенной линии в спектре. Таким образом, каждая линия в атомном спектре соответствует перескоку электронов с одного конкретного энергетического уровня на другой конкретный энергетический уровень

 

Оглавление: