§ 57 Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров
Хотя модель атома, предложенная Резерфордом, убедительно объясняла наличие плотного ядра и расположение электронов вокруг него, она имела существенный недостаток: согласно классической физике, электрон, вращающийся вокруг ядра, должен непрерывно излучать энергию и постепенно «падать» на ядро. Однако в реальных атомах этого не происходит.
Кроме того, модель Резерфорда не могла объяснить, почему спектры атомов состоят из отдельных линий, а не являются сплошными.
Модель Бора
В 1913 году Нильс Бор предложил новую, квантовую модель атома, опираясь на идею Макса Планка о том, что энергия излучается порциями — квантами. Бор сформулировал два принципиальных постулата:
- Электрон может находиться только на определённых стационарных орбитах, каждая из которых соответствует фиксированной энергии. В этих состояниях атом не излучает.
- Излучение или поглощение света происходит лишь тогда, когда электрон переходит с одного энергетического уровня на другой.
При этом энергия фотона равна разности уровней:
E = h·ν = Eₖ − Eₙ
Отсюда следует, что атом может испускать и поглощать свет только строго определённых частот, соответствующих квантам энергии, переход между которыми возможен.
Линейчатые спектры
Такое поведение объясняет природу линейчатых спектров. Каждая спектральная линия соответствует переходу электрона между конкретными энергетическими уровнями.
Поскольку набор возможных уровней энергии индивидуален для каждого химического элемента, спектры разных атомов уникальны, как отпечатки пальцев.
Энергетические состояния атома
- Состояние с самой низкой энергией называют основным.
- Состояния с более высокими энергиями называют возбуждёнными.
Переход электрона из возбуждённого уровня в основной сопровождается испусканием фотона; обратный переход — его поглощением.