Теория:
Изучение линейчатых спектров вызвало ряд вопросов, на которые ученые того времени не могли дать ответ. Например, как объяснить тот факт, что атомы каждого химического элемента имеют свой уникальный спектр, состоящий из определенного набора спектральных линий, а также, с чем связана одинаковость расположения спектральных линий в спектрах излучения и поглощения?
Ответы на эти вопросы ученые смогли дать только в начале \(XX\) в. (\(1913\)) благодаря возникновению новой физической теории — квантовой механики.
Нильс Бор сформулировал объяснение возникших противоречий в поведении атома в виде постулатов.
\(1\). Состояние атома можно описать термином «стационарное квантовое состояние»; существует однозначное соответствие между физической величиной «энергия» и термином «стационарное квантовое состояние»; утверждается факт отсутствия излучения атома в состоянии стационарности.
Стационарное состояние — состояние квантовой системы, которому соответствует определённое значение энергии , где \(n\) — номер состояния.
Стационарные орбиты начинают нумеровать с \(n=1\), где величина \(n\) — главное квантовое число.
Данный постулат противоречит электродинамике Максвелла, рассматривая ускоренное вращение электронов без излучения.
Энергетическое состояние, которому соответствует наименьшее значение энергии атома \(n=1\), называется основным состоянием, а остальные — возбуждёнными.
Электрон в атоме может долго находиться только на стационарном уровне с минимальной энергией \(n=1\).
\(2\). При переходе атома из одного стационарного состояния с энергией в другое стационарное состояние с энергией излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний:
Энергию фотона находят по разности энергий стационарных состояний:
.
Если электрон переходит с более удалённой орбиты на ближнюю к ядру орбиту, то это сопровождается излучением фотона.
Из уравнения следует, что атом излучает фотоны только определенных частот:
.
Возможен переход электрона с ближайшей к ядру орбиты на более удалённую орбиту. Данный переход возможен, если атом поглотит фотон. При этом атом переходит в стационарное состояние с большей энергией.
Энергия ионизации — это энергия, которую нужно затратить на то, чтобы электрон, находящийся в основном состоянии \(n=1\), удалить из атома, то есть перевести в состояние \(n\to\infty\).