Квантовые постулаты Бора
Планетарная модель атома, предложенная
Резерфордом, – это попытка применения классических представлений о движении тел
к явлениям атомных масштабов. Эта попытка оказалась несостоятельной. Классический
атом неустойчив. Электроны, движущиеся по орбите с ускорением, должны неизбежно
упасть на ядро, растратив всю энергию на излучение электромагнитных волн (рис. .2.1).
Эти выводы противоречат наблюдаемой стабильности атомов. Кроме того, наблюдаемые
на опыте оптические спектры атомов не непрерывны, а состоят из узких спектральных
линий, т. е. атомы излучают и поглощают электромагнитные волны лишь определенных
частот, характерных для данного химического элемента.
Следующий шаг в развитии представлений об устройстве атома сделал в 1913 году выдающийся датский физик Н. Бор. Проанализировав всю совокупность опытных фактов, Бор пришел к выводу, что при описании поведения атомных систем следует отказаться от многих представлений классической физики. Он сформулировал постулаты, которым должна удовлетворять новая теория о строении атомов.
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает.
Этот постулат находится в явном противоречии
с классической механикой, согласно которой энергия движущегося электрона может
быть любой. Он находится в противоречии и с электродинамикой, так как допускает
возможность ускоренного движения электронов без излучения электромагнитных волн.
Согласно первому постулату Бора, атом характеризуется системой энергетических
уровней, каждый из которых соответствует определенному стационарному состоянию
(рис.2.2). Механическая энергия электрона, движущегося по замкнутой траектории
вокруг положительно заряженного ядра, отрицательна. Поэтому всем стационарным
состояниям соответствуют значения энергии En < 0. При En ≥ 0
электрон удаляется от ядра (ионизация). Величина |E1| называется энергией
ионизации. Состояние с энергией E1 называется основным состоянием
атома.
Второй постулат Бора (правило частот) формулируется следующим образом: при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний:
hνnm = En – Em (1)
где h – постоянная Планка. Отсюда можно выразить частоту излучения:
(2)