-дәріс. Бордың кванттық теориясы

Атомның ядорлық (планетарлық) моделі классикалық физика заңдары тұрғысынан орнықсыз. Өйткені классикалық электродинамика заңдарына сәйкес:

1 Үдемелі қозғалатын зарядталған бөлшек (электрон) электромагниттік энергияны (жарық) үздіксіз шығаруға тиіс:

2 Осы жарықтың жиілігі электронның ядроны айналу жиілігіне тең болуы керек.

Демек, осы модельге сәйкес атомның тоық энергиясы үздіксіз кеми беруге, ал айналу жиілігі үздіксіз арта береуге тиіс. Осы жағдайда өте аз уақыт (~10⁻⁸е) ішінде электрон ядроға құлан,атом өзінің өмір сүруін тоқтататындығын есептеп, көз жеткізуге болады. Ал бұл барлық атомдардың өте қысқа уақыт ішінді қиратандығын көрсетеді. Бұған қоса, егер берілген модель дұрыс болса, онда сутегінің оптикалық спектрі (басқа элементтердің спектрі де) үздіксіз,тұтас болу керек. Осы екі қорытынды да тәжірбие деректеріне толығынан қарама-қайшы келеді. Шындығында атом өте орнықты жүйе болып табылады және қозбаған күйде жарық шығармайды, атом сызықтық оптикалық спектір береді. Сонымен, атомның ядорлық (планетарлық) моделі (классикалық механика және электродинамикамен қосылып) атомның орнықтылығын да атомдық спектірдің сызықтық сипатта болатынын да түсіндіре алмады.

Осы тұйыққа тірелуден шығу жолын 1913 ж Дания физигі Нильс Бор (1885-1962) тапты. Ол үшін оған классикалық физика түсініктеріне қайшы келетін жоромалдар енгізуге тура келді. Бор өзінің жорамалдарын екі постулат түрінде ұсынды:

1. Классикалық механика тұрғысынан атомда мүмкін болатын шексіз көп электрон орбиталары ішінен, шындығында mυr nћ (n=1,2,3…) белгілі кванттық шарттарды қанағаттандыратын тек кейбір дискретті орбиталар іске асады. Электрон осы станционарлык орбиталардың күйдегі энергиясының дискретті мәндері (Е₁,Е_2,Е₃,...) болады.

2. Электрон бір стационарлық күйден екінші стационарлық күйге көшкенде ғана жарық энергиясы ћw кванттары түрінде шығарылады немесе жұтылады.

Жарық квантының шамасы араларында электрон кванттык көшу жасайтын стайионарлық күйлер энергияларының айырмасына тең:
ћω = E_n - E_m (2.1)
Осы теңдік Бордың жиіліктер ережесі деп аталады. Сонымен атом стационарлық бір күйден басқа екінші күйге секірмелі түрде ауысады. Бұлар кванттык көшулер деп аталад. Мысалы,егер электрон n=5 орбитадан (стационарлық күйден)n=4 орбитаға өткен болса, онда жиілігі ω = (E₄– E₅₎/ћ фотон шығарылады (бұл шығару спектірінің дискреттік сипатын түсіндіреді). Ал егер энергиясыћω = E₄– E₅ фотон атоммен соқтығысса, онда-ол жұтылуы мүмкін. Сонда электрон n=4 орбитадан n=5 орбитаға көшеді. Жұтылу спектірінің пайда болу механизмі осындай. (2.1) Бордың жиліктер ережесі Ридберг-Ритцтің комбинациялық принципін түсіндіруге мүмкіндіг береді. Осы принципке сәкес спекторскопияяда спектірлік сызықтардың _{ } = 1/λтолқындық сандарыT(n)термдер депаталатын оң таңбалы сандар айырмасы түрінде бейнеленеді:
_{ } = _{ }= T(m) - T(n), n m (2.2)
Спектроскопиялық толқындық сан үшін Бордың (2.1) жиіліктер ережесі мына түрде жазылады:

_{ } (2.3)
(2.3) және (2.2) теңдіктерін салыстырып, терм атомның стационарлық күйдегі энергиясына тура пропорционал екендігін көруге болады:
_{ } (2.4)
Сөйтіп спектірлік термнің физикалық мағынасы түсінікті болды. Атомның стацонарлық күйлердініңЕ₁,Е₂, Е₃, …энергия мәндерінің жиынтығы атомның энергетикалық спектірін түзеді. Сонымен терм атомның энергия деңгейлерімен анықталады.