Параграф 57 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров

Модель атома Резерфорда и ее проблемы

Модель атома Резерфорда хорошо объясняет результаты экспериментов по рассеиванию α-частиц. Однако модель не могла объяснить устойчивость атомов и природу линейчатых спектров. Согласно Резерфорду, электроны должны излучать энергию при движении вокруг ядра, что привело бы к падению на ядро. Такой процесс должен был бы сопровождаться изменением частоты излучения, а спектр света должен быть сплошным. В действительности спектр состоит из отдельных линий, что доказывает существование особых состояний атома.

Постулаты Нильса Бора

Для решения проблемы устойчивости модели атома Резерфорда Нильс Бор предложил новую теорию в 1913 году. Он выдвинул постулаты, согласно которым атом может находиться только в определённых энергетических состояниях, называемых стационарными. В этих состояниях атом не излучает и не поглощает энергию, что объясняет стабильность атома и происхождение линейчатых спектров.

Стационарные состояния и орбиты

Стационарные состояния связаны с определёнными орбитами, по которым движутся электроны. Каждому такому состоянию соответствует энергетический уровень. Номера стационарных орбит и энергетических уровней обозначаются буквами и цифрами: n,k,l и так далее. Радиусы орбит и энергии имеют дискретные значения. Орбита, расположенная ближе к ядру, соответствует более низкому энергетическому уровню.

Излучение и поглощение света

Свет испускается или поглощается, когда атом переходит из одного стационарного состояния в другое. Если атом переходит с высокого уровня энергии на низкий, излучается квант света с энергией, равной разности энергий этих уровней. Поглощение света происходит при переходе атома на более высокий энергетический уровень.

Формула энергии излучения

Энергия излучаемого или поглощаемого фотона вычисляется по формуле: E=hν=E_k−E_n​, где h — постоянная Планка, ν — частота излучения, E_k и E_n — энергии уровней. Эта формула позволяет объяснить происхождение спектральных линий и их частоты.

Основное и возбужденное состояния атома

Состояние с минимальной энергией, в котором электрон находится на наименьшей орбите, называется основным. При поглощении энергии атом переходит в возбужденное состояние. Из этого состояния он может снова перейти в основное, излучая квант света.

Спектры разных элементов

Каждый химический элемент имеет свой уникальный набор энергетических уровней. При переходе на более низкий энергетический уровень атом излучает квант света с определенной длиной волны. Линии в спектрах разных элементов уникальны, что позволяет идентифицировать элементы по их спектрам.

Объяснение линейчатых спектров

Таким образом, линейчатые спектры объясняются переходами атомов между стационарными состояниями. Частоты света, которые атомы поглощают или излучают, соответствуют разности энергий стационарных состояний. Это объяснение подтвердило квантовую природу атомов и связь между строением атома и его спектром.