Применение постулатов Н. Бора для объяснения линейчатых спектров атомов. Спектральный анализ.

Нильс Бор в 1911 году рас­счи­тал ра­ди­ус n-ор­би­ты, по ко­то­рой дви­жет­ся элек­трон, и ско­рость его дви­же­ния на этой ор­би­те (Рис. 1).

Рис. 1

Эта си­сте­ма спра­вед­ли­ва для атома во­до­ро­да (1 ядро + 1 элек­трон) и во­до­ро­до­по­доб­ных ато­мов (на­при­мер, для од­но­крат­но иони­зи­ро­ван­но­го гелия).

Для того чтобы объ­яс­нить ли­ней­ча­тый спектр атома, Бор сфор­му­ли­ро­вал свой вто­рой по­сту­лат: из­лу­че­ние атома в виде кван­та hϑ про­ис­хо­дит при пе­ре­хо­де элек­тро­на с i-ор­би­ты на n-ор­би­ту (Рис. 2–3).

Рис. 2

Рис. 3

W_эл.вз – энер­гия элек­три­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия

W_к – ки­не­ти­че­ская энер­гия элек­тро­на

r – рас­сто­я­ние между за­ря­да­ми q₁ и q₂

Е_i – энер­гия элек­тро­на на i- ор­би­те

Ки­не­ти­че­ская энер­гия, име­ю­щая по­ло­жи­тель­ное зна­че­ние, в два раза мень­ше, чем по­тен­ци­аль­ная энер­гия вза­и­мо­дей­ствия элек­тро­на с ядром.

Общая энер­гия будет иметь знак минус (Рис. 4).

Рис. 4

Е₁ – мо­дуль энер­гии, ко­то­рой об­ла­да­ет элек­трон в атоме во­до­ро­да на пер­вой бо­ров­ской ор­би­те.

Энер­гию элек­тро­нов в атоме при­ня­то из­ме­рять в элек­трон­воль­тах.

Элек­трон­вольт – это энер­гия, ко­то­рую при­об­ре­та­ет элек­трон, прой­дя уско­ря­ю­щую раз­ность по­тен­ци­а­лов в 1 В.

1 эВ = 1,602176487(40)*10^-19Дж

По­лу­чен­ные дан­ные поз­во­ли­ли Бору со­ста­вить энер­ге­ти­че­ский спектр атома во­до­ро­да (Рис. 5):

Рис. 5

n – номер ор­би­ты

Если под­ста­вить зна­че­ние энер­гии элек­тро­на, ко­то­рый на­хо­дит­ся на пер­вой ор­би­те, в фор­му­лу вто­ро­го по­сту­ла­та Бора (Рис. 6):

Рис. 6

R_ϑ – ко­эф­фи­ци­ент

По­сто­ян­ная Рид­бер­га: R= 3,29*10¹⁵ Гц

Такое сов­па­де­ние ре­зуль­та­тов убе­ди­ло Ниль­са Бора в том, что по­стро­ен­ная им тео­рия пра­виль­ная. Но, к со­жа­ле­нию, тео­рию во­до­ро­до­по­доб­но­го атома нель­зя было при­ме­нить для ато­мов, со­дер­жа­щих несколь­ко элек­тро­нов. Так как элек­тро­ны тоже вли­я­ют друг на друга, по этой при­чине у них ме­ня­ет­ся энер­гия.

При раз­ви­тии своей тео­рии, Бор за­ме­нил кру­го­вые ор­би­ты на эл­лип­ти­че­ские ор­би­ты (Рис. 7). Но так и не смог объ­яс­нить спек­тры дру­гих ато­мов.

Рис. 7. Эл­лип­ти­че­ские ор­би­ты атома

В ос­но­ве спек­траль­но­го ана­ли­за со­ста­ва ве­ще­ства лежит утвер­жде­ние, что каж­дый хи­ми­че­ский эле­мент из­лу­ча­ет свой набор ча­стот.

В XIX веке были со­зда­ны ат­ла­сы спек­траль­ных линий, ко­то­рые поз­во­ли­ли на ос­но­ве спек­траль­но­го ана­ли­за об­на­ру­жить новые хи­ми­че­ские эле­мен­ты (Рис. 8–9).

Рис. 8. Атлас спек­траль­ных линий

Рис. 9. Спек­тры лу­че­ис­пус­ка­ния

Спек­траль­ный ана­лиз ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся во всех об­ла­стях че­ло­ве­че­ской де­я­тель­но­сти.