4.2.2 Постулаты Бора. Излучение и поглощение фотонов при переходе атома с одного уровня энергии на другой

Планетарная модель атома не могла объяснить, почему электрон не теряет энергию непрерывно и не падает на ядро. Нильс Бор описал поведение атома с помощью квантовых постулатов.

Первый постулат Бора

Атом может находиться только в определённых стационарных состояниях. Каждому такому состоянию соответствует разрешённое значение энергии $E_1$, $E_2$, $E_3$, … Эти значения называют уровнями энергии атома.

Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает электромагнитные волны.

Важно

Энергия атома изменяется не непрерывно, а только при переходе с одного разрешённого уровня на другой.

Второй постулат Бора

При переходе атома между стационарными состояниями испускается или поглощается один фотон. Его энергия равна разности энергий этих состояний.

Пусть $E_n>E_m$. Тогда для перехода между уровнями $E_n$ и $E_m$:

где:

• $h$ — постоянная Планка;
• ${\nu }_{mn}$ — частота испущенного или поглощённого фотона;
• $c$ — скорость света в вакууме;
• ${\lambda }_{mn}$ — длина волны фотона в вакууме;
• $E_n-E_m$ — разность энергий двух стационарных состояний атома.

Это та же связь между частотой, длиной волны и энергией фотона, применённая к переходу атома.

Излучение и поглощение

Излучение: атом переходит с верхнего уровня $E_n$ на нижний уровень $E_m$. Энергия атома уменьшается, а фотон с энергией $E_n-E_m$ испускается.

Поглощение: атом переходит с нижнего уровня $E_m$ на верхний уровень $E_n$. Для этого он поглощает фотон, энергия которого в точности равна $E_n-E_m$.

Чем больше разность энергий уровней, тем больше частота фотона и тем меньше его длина волны.

Дискретный набор разрешённых переходов объясняет, почему атомы имеют линейчатые спектры, а не непрерывный набор частот.

Коротко

• Атом имеет дискретный набор стационарных состояний с определёнными энергиями.
• В стационарном состоянии атом не излучает.
• При переходе на более низкий уровень атом испускает фотон, а при переходе на более высокий — поглощает.
• Энергия фотона равна разности энергий уровней: $h{\nu }_{mn}=\frac{hc}{{\lambda }_{mn}}=E_n-E_m$.