ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория строения атома водорода Нильса Бора из "Химия" В 1913 г. датский физик Нильс Бор предложил теорию строения атома водорода, встретившую в кругах физиков чрезвычайно острую реакцию. Дело в том, что законы классической электродинамики оказались неприменимыми для решения задачи о поведении электрона в атоме, и Бор впервые сформулировал законы квантовой механики, основанной на квантовой теории излучения энергии Макса Планка. [c.31] Решая совместно уравнения (2.11) и (2.12), можно рассчитать ряд величин, характеризующих атом. [c.31] Следовательно, радиус атома растет прямо пропорционально квадратам чисел натурального ряда. При п — 1 радиус невозбужденной орбиты водородного атома г = 0,53 -10 см — 0,53 А. В общем случае он равен 0,53А. [c.32] Энергия электрона обратно пропорциональна квадрату главного квантового числа. [c.33] мы приходим к уравнению Бальмера, полученному экспериментальным путем (стр. 25). В этом и заключается основная проверка справедливости постулатов Бора. [c.33] Работу ионизации чаще всего измеряют во внесистемных единицах— электрон-вольтах. Один электрон-вольт равен 1,6 (см. примеры и задачи). [c.34] Полученное экспериментально методом Франка и Герца значение работы ионизации составляет 13,56 эе. [c.34] При расчете спектральных линий водорода из теоретических уравнений Бора мы тоже получаем близкие величины, но с точностью меньшей, чем допускает точность спектральных исследований. Например, расчет длины волны красной линии в спектре водорода (Н( ) дает К = 6550 А, опытное значение X = 6562,79 А. [c.34] Число значений, которые может принимать орбитальное квантовое число I, определяется главным квантовым числом (табл. 9). [c.35] Усложнение строения атома при введении квантового числа I можно проследить на рис. 10, на котором изображены схемы орбит по Бору (рис. 10, а) и по Бору и Зоммерфельду (рис. 10, б). [c.35] Ввиду того, что движение электрона влияет на смещение ядра, связанного с ним упругой связью (взаимодействие), то фактически орбита нрздставляет собой не замкнутые кривые, а соответствующие спирали (рис. И). Это перемещение ядра (прецессия ядра) и превращает атом в физическое тело, размеры которого определены сферой, радиус которой равен большей полуоси наибольшего из эллипсов, как это показано на рис. 11. [c.35] Величина магнитнога момента, создаваемого электроном на орбите, тоже меняется дискретно, в соответствии с квантовыми условиями. [c.36] Рассмотрим случай воздействия внешнего магнитного поля на атом водорода, электрон в котором движется по круговым орбитам (/ = 0). На рис. 12 представлен атом водорода, у которого круговая орбита расположена в любой из плоскостей хОу, хОг гОу), а направление внешнего магнитного поля совпадает с осью г. В этом случае дополнительного движения электрона и смещения орбиты быть не может — вращательного момента между магнитным вектором электрона и вектором внешнего поля нет (или совпадение,, или пересечение векторов), т. е. если / = О, то и от = 0. [c.36] Если I = 1, то магнитный момент электрона на орбите не совпадает с ее фокусом и тогда между вектором внешнего магнитного поля и вектором магнитного поля электрона возникнет вращательный момент, увеличивающий энергию электрона на орбите за счет дополнительных перемещений. На рис. 13 показан атом водорода с эллиптической орбитой, которая тоже может располагаться в различных плоскостях (хОг/ хОг гОу). Вектор внешнего магнитного поля по-прежнему направлен по оси г. [c.37] Наличием собственных магнитных полей в атоме водорода удалось объяснить явление расщепления спектральных линий в магнитном поле (эффект Зеемана) и в электрическом поле (эффект Штарка). [c.37] Более тонкие явления при изучении спектров привели к необходимости введения еще одного — спинового квантового числа 8. Спин, или вращение электрона относительно собственной оси, создает небольшой дополнительный магнитный момент, причем спин может быть соответственно левым и правым. Величина спинового квантового числа 8 может быть +1/2 или —1/2. [c.37] Естественно, чем выше номер уровня, тем ниже значение энергии электрона, связывающей его с ядром, с одной стороны, и тем меньше различие этой энергии в подуровнях, на которые делится данный уровень, с другой стороны. [c.39] Уточнение теории строения атома водорода, проведенное Бором и Зоммерфельдом, не смогло устранить всех расхождений с экспериментальными данными и, самое главное, по мере уточнения она сама становилась менее определенной. [c.39] Вернуться к основной статье