Model Bohra atomu wodoru
Widma liiowe pierwiastków. wodór hel eo tle węgiel azot sód Ŝelazo
Aby odpowiedzieć a pytaie dlaczego wodór i ie pierwiastki ie emitują wszystkich częstotliwości fal elektromagetyczych aleŝy zastaowić się ad budową atomu.
W 1897 roku Joseph Thomso odkrył elektro. Stwierdzoo wówczas, Ŝe cząstka ta ma ładuek ujemy. śeby atom mógł być cząstką elektryczie obojętą musi w swoim wętrzu zawierać ładuek dodati. Sir Joseph Joh Thomso (1856 1940) Według pomysłu Thomsoa atom to kula materii o ładuku dodatim, w której zawieszoe są elektroy o ładuku ujemym.
Doświadczeie Rutherforda (1909). Polegało a bombardowaiu złotej folii strumieiem cząstek alfa (jąder helu) i obserwacji odchyleń ich toru ruchu. rest Rutherford (1871-1937)
Gdyby atom był zbudoway tak, jak twierdził Thomso, to cząstki alfa swobodie przechodziłyby przez złotą folię bez odchyleia. Doświadczeie Rutherforda wykazało, Ŝe atom składa się z cięŝkiego, ale bardzo małego, dodatio aładowaego jądra i krąŝących wokół iego lekkich, ujemie aładowaych elektroów. Większość przestrzei wewątrz atomu jest pusta.
Według fizyki klasyczej dowola cząstka aładowaa poruszająca się po liii krzywej wysyła promieiowaie elektromagetycze, tracąc eergię kietyczą i, co za tym idzie, zwaliając. lektro krąŝący wokół jądra atomowego, jako cząstka aładowaa, powiie emitować eergię w postaci fali elektromagetyczej o dowolej długości tracąc w tym czasie eergię. W takim przypadku w bardzo krótkim czasie (rzędu 10-18 s) straciłby całą eergię kietyczą i spadłby a jądro atomowe.
W 1918 roku duński fizyk Niels Bohr, w oparciu o wyiki doświadczeia Rutherforda, stworzył model atomu, który wyjaśiał pochodzeie liiowego widma wodoru. Niels Bohr (1885-196) ZałoŜeia modelu były sprzecze z załoŝeiami fizyki klasyczej.
Postulaty Bohra: elektro moŝe poruszać się tylko po dozwoloych (skwatowaych) kołowych orbitach, dla których momet pędu jest rówy całkowitej wielokrotości stałej Placka podzieloej przez π. ( jest liczbą aturalą, azywaą główą liczbą kwatową). mvr h π elektro poruszając się po dozwoloej orbicie ie wypromieiowuje eergii, promieiowaie zostaje wyemitowae, gdy elektro skokowo przechodzi z orbity wyŝszej a iŝszą, elektro przechodzi a orbitę wyŝszą po pochłoięciu kwatu eergii o wartości rówej róŝicy eergii orbit.
Jaki jest promień dozwoloej orbity? Na poruszający się elektro działa siła oddziaływaia elektrostatyczego, będąca jedocześie siłą dośrodkową. ke r mv r ke mr Podstawiając otrzymae wyraŝeie do pierwszego postulatu Bohra: v mvr h, π v ke mr Otrzymujemy: r h, 4π ke m N
Jaki jest ajmiejszy promień? Dla 1, otrzymujemy: h 4π ke r0 m Stałą taką azyway jest promieiem Bohra atomu wodoru. Jeśli elektro krąŝy po orbicie o promieiu r 0, to atom jest w staie podstawowym.
Promień dowolej orbity: r r0 Jeśli elektro krąŝy po orbicie o promieiu większym iŝ r 0, to elektro zajduje się a wyŝszym poziomie eergetyczym, a atom jest w staie wzbudzoym.
Jaką eergię posiada elektro a dozwoloej orbicie? Całkowita eergia elektrou jest sumą jego eergii kietyczej i potecjalej oddziaływaia elektrostatyczego z jądrem atomowym. ke r + mv, v ke mr ke ke + r r ke, r r ke r 0 r 0
ke r 0 Jeśli wprowadzimy stałą, to eergia elektrou a -tej orbicie A ke r A 0 Wartość stałej A wyosi: A13, 6eV A więc eergia elektrou a pierwszej orbicie wyosi 1 13, 6eV
Jede elektroowolt, to eergia jaką uzyskuje elektro przyspieszay przez róŝicę potecjałów o wartości 1V. 1eV 1,6 10 19 J
Jaką eergię ma foto przeskakujący z orbity a orbitę k? Jeśli elektro przeskakuje z -tej orbity a k-tą (>k), to wysyła foto o eergii rówej róŝicy eergii a orbitach. 1 1 k A A k A k A A f f f k f
Jaką jest częstotliwość takiego fotou? PoiewaŜ eergię fotou określa rówaie: f hν ν h f ν A h 1 k 1
Jaką długość ma taka fala elektromagetycza? Częstotliwość i długość fali elektromagetyczej powiązae są rówaiem: ν 1 λ c λ A hc 1 ν λ c 1 k 1 wyraŝeie A hc 19 13,6eV 13,6 1,6 10 J 7 1,09 10 34 8 m 34 8 m 6,63 10 Js 3 10 6,63 10 Js 3 10 s s 1 m R H 1 to stała Rydberga, czyli otrzymaliśmy rówaie Balmera 1 1 1 R H λ k
MoŜliwość zmiay orbity przez elektro w atomie wodoru.
Model Bohra został zastąpioy przez ową teorię mechaikę kwatową.