Оглавление 41 42 43 44 45 — — — 270 
Линейчатые спектры элементов. Теория Бора. Ядерная мо­дель атома Резерфорда получила свое дальней шее развитие благодаря работам датского ученого Нильса Бора, в которых учение о строении атома неразрывно связывается с учением о происхождении спектров.
Как уже указывалось в предыдущем параграфе, линейчатые спектры получаются при разложении света, испускаемого раска­ленными парами или газами. Каждому химическому элементу отвечает свой спектр, отличающийся от спектров других элемен­тов. Большинство металлов дает очень сложные спектры, содер­жащие огромное число линий (например, в спектре железа их насчитывается до 5000), но встречаются и сравнительно простые спектры.

Развивая ядерную теорию Резерфорда, ученые пришли к мысли,что сложная структура линейчатых спектров обусловлена происходящими внутри атомов колебаниями электронов. По тео­рии Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра, при­чем сила притяжения ядра уравновешивается центробежной силой,возникающей при вращении электрона. Вращение электрона совершенно аналогично его быстрым колебаниям и должно вызывать испускание электромагнитных волн. Поэтому можно предположить,что вращающийся электрон излучает свет опреде­ленной длины волны, зависящей от частоты обращения электрона по орбите. Но,излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, вследствие чего нарушается равновесие между ним и ядром; для восстановления равновесия электрон должен постепенно передви­гаться ближе к ядру, причем так же постепенно будет изменяться частота обращения электрона и характер испускаемого им света. В конце концов,исчерпав всю свою энергию, электрон должен «упасть» на ядро, и излучение света прекратится.

Если бы на самом деле происходило такое непрерывное изменение движения электрона, то и спектр получался бы всегда непрерывный, а не с лучами определенной длины волны. Кроме того,«падение» электрона на ядро означало бы разрушение атома и прекращение его существования. Таким образом, теория Резерфорда была бессильна объяснить не только закономерности в распределении линий спектра, но и самое существование ли­нейчатых спектров.

В 1913 г. Бор предложил свою теорию строения атома, в ко­торой ему удалось с большим искусством согласовать спектраль­ные явления с ядерной моделью атома, применив к последней так называемую квантовую теорию излучения, введенную в науку немецким физиком Планком. Сущность теории квантов, сводится кто-му, что лучистая энергия испускается и погло­щается не непрерывной струей, как принималось раньше, а от­дельными малыми, но вполне определенными порциями —квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется: скачками, квант за квантом; дробноечисло квантов тело не мо­жет ни испускать, ни поглощать.

Величина кванта энергии зависит от числа колебаний излу­чаемой энергии: чем больше число колебаний, тем больше вели­чина кванта.
Обозначая квант энергии через а в число колебаний через ν, можно написать:
ε = hν
где h — постоянная величина, так называемая константа: П л а н ка, равная 6,624 • 10-27 эрг • сек. Кванты лучистой энергии, называютсятакже фотонами.

Применив квантовые представления к вращению электронов вокругядра, Бор положил в основу своей теории три очень сме­лых предположения, или постулата. Хотя эти постулаты и противоречат законам классической электродинамики, но они: находятсвое оправдание в тех поразительных результатах,, к которым они приводят, и в том полнейшем согласии, которое обнаруживается между теоретическими результатами и огром­ным числом экспериментальных фактов.

Постулаты Бора заключаются в следующем: Электрон может двигаться вокруг ядра не по любым орби­там, а только по таким, которые удовлетворяют определенным условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты получили, название устойчивых или квантовых орбит.
Когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он вовсе не излучает энергии.

Пользуясь законами элементарной механики, можно дока­зать, что запас внутренней энергии атома, состоящего из ядра и одного электрона, тем больше, чем дальше от ядра находится электрон. Принормальном состоянии атома каждый электрон: находится наближайшей к ядру орбите и атом обладает наи­меньшим запасомэнергии. При сообщении атому энергии извне электрон может перейти на одну из более удаленных орбит, при­чем запас его энергии будет тем больше, чем дальше от ядра находится орбита, на которую он переходит. Иначе это выражают, говоря, что такой-то электрон находится на более высо­ком энергетическом уровне. Если внешнее воздей­ствие достаточно велико, то электрон может быть совсем выбро­шен за пределы атома и атом превратится в ион. Переход элек­трона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энер­гия превращается в один квант лучистой энергии. Частота излу­чаемого приэтом света определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона. Обозначив запас энергии атома приположении электрона на более удален­ной от ядра орбите через I2, а наболее близкой через I1и разделив потерянную атомом энергию I2 — Iна константу Планка, получим искомую частоту:

константа Планка
Чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения.
Простейшим из атомов является атом водорода, вокруг ядра которого вращается только один электрон. Исходя из приведен­ных выше постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для этого электрона и нашел, что они относятся, как квадраты натуральных чисел:
 12:22:32 п2

Величина п получила впоследствии название главного кванто­вого числа.

Радиус ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется 0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений, сопро­вождающих переходы электрона с одной орбиты на другую, ока­зались в точности совпадающими с частотами, найденными на опыте для линий водородного спектра. Тем самым была доказана правильность расчета устойчивых орбит, а вместе с тем и прило­жимость постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем теория Бора была распространена и на атомную структуру дру­гих элементов.
Вы читаете, статья на тему Линейчатые спектры элементов