-Основні положення теорії будови атома Бора

Враховуючи квантову теорію світла, лінійчастий характер атом­них спектрів і ядерну модель Резерфорда, датський фізик Н.Бор у 1913 р. сформулював основні положення своєї теорії будови атома водню у вигляді постулатів.

Перший постулат Бора. Електрон обертається навколо ядра, не випромінюючи енергії, тільки по певних колових орбіталях, які називаються стаціонарними, або квантовими. На основі квантової теорії Н.Бор прийняв, що момент кількості руху тvr електрона може змінюватись стрибкоподібно відповідно до рівняння

 тvr = h/2πn. 

З рівняння (1) можна визначити швидкість електрона, радіуси стій­ких квантових орбіталей, по яких можливий (без випромінювання енергії) рух електрона:

Другий постулат Бора. Електрон може переходи­ти з однієї стаціонарної орбіталі на іншу; при цьому поглинається або випромінюється квант електромагнітного випромінювання, енергія якого дорівнює різниці енергії атома в кінцевому і вихідному станах.

Енергія електрона, який обертається навколо ядра, залежить від радіуса орбіталі. Найменшу енергію електрон має тоді, коли він перебуває на найближчій до ядра орбіталі. Стан, що відповідає найменшому запасу енергії атома, називається основним. При переході електрона на більш віддалену від ядра орбіталь енергія атома збільшується, і він переходить у збуджений стан. Зворотний перехід електрона у вихідний стан зумовлює зменшення енергії атома. При цьому енергія виді­ляється у вигляді кванта електромагнітного випромінювання. Якщо позначити енергію електрона на більш віддаленій від ядра орбіталі через Е2 а енергію електрона в основному стані через Е1, то енер­гія кванта Е, яка випромінюється електроном при переході, дорів­нюватиме:

Е = Е2 – Е1 

Врахувавши рівняння Планка, дістанемо:

hν = Е2 – Е1, 

Це рівняння дає змогу обчислювати можливі частоти випромінювання, яке поглинає або випромінює атом.

На основі своєї теорії Н.Бор розрахував спектр атома водню. Обчислені місця розташування спектральних ліній у видимій ча­стині спектра співпали з експериментально виявленими.

Сукупність усіх можливих переходів електронів в атомі відпо­відає атомному спектру. Під час переходу електрона з будь-якої більш віддаленої орбіталі на одну й ту саму ближчу до ядра, виникає спектральна серія. Кожному переходу електрона на певну орбіталь відповідає певна спектральна лінія.

Отже, теорія будови атома Бора не лише пояснює фізичну при­роду атомних спектрів як наслідок переходу атомних електронів з однієї орбіталі на іншу, а й дає змогу розраховувати спектри.

Н.Бор вважав, що електрони рухаються по колових орбіталях. Вивчаючи тонку структуру спектральних ліній, А.Зоммерфельд у 1916р. обгрунтував можливість руху електронів і по еліптичних орбіталях, що по-різному розташовані у просторі.

Теорія будови атома Бора була досить наочною і зручною. Проте успіхи її обмежувались лише атомом водню – одноелектронною системою, в якій діють лише кулонівські сили притягання електрона до позитивно зарядженого ядра. Спектр атома гелію, а також спектри складніших атомів розрахувати на основі уявлень Бора неможливо. Це пояснюється тим, що в складніших (багатоелек-тронних) системах крім сил притягання діють електростатичні сили відштовхування між електронами, що теорією Бора не враховува­лось.

Отже, в процесі експериментальних досліджень необхідно було вдосконалити теорію будови атома Бора – Зоммерфельда, розви­нути на основі уявлень квантової (хвильової) механіки про кван­тування енергії хвильовий характер руху мікрочастинок і ймовір­ний метод описання мікрооб'єктів.