27. Планетарна модель атома. …

Відкриття складної будови атома - найважливіший етап становлення сучасної фізики, який позначився на ньому її наступному розвитку.

Резерфорд запропонував модель, згідно з якою будова атома дуже схожа на будову сонячної системи. Щоб перевірити правильність своєї теорії, він провів низку дослідів, узагальнивши результати яких, він зробив висновки:

- в цілому атом порожній. Майже вся його маса сконцентрована в ядрі діаметром d~10^-15 м.

- ядро несе в собі заряд q+, величина якого за модулем дорівнює заряду електрона, помноженому на порядковий номер цього елемента в таблиці Менделєєва.

- оскільки атом електрично нейтральний, то позитивний заряд ядра компенсує заряд електронів, які мають рухатись навколо ядра, подібно до планет навколо Сонця. Кількість електронів дорівнює порядковому номеру елемента в таблиці Менделєєва. Таку модель атома Резерфорд назвав планетарною моделлю атома.

Планетарна модель атома багато пояснила в будові атома, але одразу після її створення виникли труднощі щодо пояснення випромінювання атома.

Вихід із ситуації 1913 року запропонував датський фізик Нільс Бор. Він створив теорію атома на основі таких постулатів:

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E_n. У стаціонарному стані атом енергію не випромінює.

2. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких hν визначають за формулою

hν_kn=E_k–E_n,

де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо E_k>E_n, то фотон з частотою ν_kn випромінюється, якщо E_k<E_n - поглинається.

3. Радіуси r_n стаціонарних станів задовольняють умову:

де n=1, 2, 3, …, m - маса електрона, ħ - зведена стала Планка.

Найбільший успіх теорія Бора мала в застосуванні до атома водню. Він розрахував радіуси стаціонарних орбіт електрона в атомі водню і відповідні їм значення енергії.

Радіус можливих стаціонарних орбіт електрона в атомі водню визначається:

де n – номер орбіти, радіус якої r, ε₀ - електрична стала, h – стала Планка, m – маса електрона, e – заряд електрона.

Енергія електрона на n–ій орбіті:

Знак «-» означає, що за W_П=0 прийнято те значення, яке відповідає r=∞. Звівши вираз, маємо:

З виразу видно, що значення енергії атома водню квантовані і, чим більше n, тим більша енергія W.

На основі постулатів Бора можна визначити частоту електромагнітних хвиль, які атом поглинає або випромінює при переході із одного енергетичного стану в інший (формула Бальмера):

де R=3,27·10¹⁵ c^-1 - стала Ридберга.