Atóm sa môže nachádzať iba v určitých diskrétnych stavoch, ktorým prislúchajú diskrétne hodnoty energií.

2

|
Atóm sa môže nachádzať iba v určitých diskrétnych stavoch, ktorým prislúchajú diskrétne hodnoty energií.
2
|
bet | 4/28 | Sana | 04.01.2022 | Hajmi | 0,58 Mb. | | #10904 |
1. Atóm sa môže nachádzať iba v určitých diskrétnych stavoch, ktorým prislúchajú diskrétne hodnoty energií.
2. Pri prechode atómu zo stavu s energiou Em do stavu s nižšou energiou En sa vyžiari jediné kvantum energie žiarenia – fotón – s energiou rovnou Em − En a frekvenciou v danou vzťahom
Em – En = 2ħv
kde ħ je Planckova konštanta.
Tieto postuláty obsahujú jednak predpoklad o existencii diskrétnych viazaných stavov a jednak predpoklad o tom, že rozdiel energie je odnesený jediným fotónom, ktorého energia je daná vzťahom používaným Planckom pri analýze žiarenia vysielaného zahriatymi telesami a Einsteinom pri analýze fotoelektrického javu. Zo spektra preto ľahko možno určiť energetické rozdiely hladín atómu (obr. 1.2). Obidva Bohrove postuláty si zachovali svoju platnosť a vošli do základov kvantovej teórie. Okrem nich Bohr zaviedol ešte tretí postulát umožňujúci vypočítať hodnoty energie atómu vodíka. Podľa tohto postulátu sa elektrón v atóme vodíka smel pohybovať iba po tých klasických kruhových trajektóriách, pri ktorých je moment hybnosti elektrónu rovný celočíselnému násobku Planckovej konštanty ħ. Na dráhach povolených týmto postulátom mal elektrón udelenú výnimku v tom, že nemusel vyžarovať podľa zákonov klasickej elektrodynamiky4.
Obr. 1.2
Tretí postulát sa nepodarilo úspešne použiť už pri výpočte spektra druhého najľahšieho prvku – hélia. Kvantovanie momentu hybnosti sa neskôr stalo jednou
z podstatných čŕt kvantovej mechaniky, ale jeho vysvetlenie je dnes podstatne iné ako v Bohrovom modeli.
Vcelku možno povedať, že Bohrov model atómu vodíka zohral veľmi vážnu úlohu v období pred vznikom súčasnej kvantovej mechaniky. Jeho ťažkosti – ako sa neskôr ukázalo – vyplývali v podstate z toho, že v treťom postuláte sa predpokladalo, že elektrón v atóme sa pohybuje po klasickej trajektórii. Ukázalo sa – a hlboký rozpor medzi existenciou diskrétnych energetických hladín a princípmi klasickej fyziky to aj naznačuje – že elektrón (a najmä jeho kvantové stavy) treba chápať spôsobom podstatne odlišným od pojmovej štruktúry klasickej fyziky.
Na spektroskopii nezávislým potvrdením existencie diskrétnosti možných energií atómov sú Franckove a Hertzove pokusy (1913).
Zjednodušená základná myšlienka jedného z pokusov je znázornená na
obr. 1.3. Zväzok elektrónov známej energie E prechádza cez zriedený plyn. Po prechode plynom budú mať niektoré elektróny energiu E, iné E', ďalšie E'' atď. Podstatné je to, že zmena energie elektrónu je diskrétna. Vysvetlenie je jednoduché: pri prechode zväzku elektrónov plynom dochádza k zrážkam elektrónov
s atómami plynu. Pokiaľ sa pri týchto zrážkach nemení stav atómu, nebude sa meniť ani energia elektrónov.5 Ak sa však atóm pri zrážke excituje a prejde do stavu s vyššou energiou, potom elektrón stráca práve toľko energie, koľko treba na excitáciu atómu do príslušného vyššieho stavu. Rozdiely energií elektrónov (E − E', E − E'' atď.), potom priamo udávajú rozdiely energií medzi excitovanými stavmi a základným stavom. Hodnoty namerané vo Franckových a Hertzových pokusoch boli opäť diskrétne a rovnaké ako hodnoty získané zo spektier atómov.
Obr. 1.3
|
| |