รูปแบบสเปกตรัม หลักการรวมกัน

ตัววัสดุเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีลักษณะต่างกัน ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ XIX มีการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับการปล่อยสเปกตรัมของโมเลกุลและอะตอม ปรากฎว่าสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาของโมเลกุลประกอบด้วยแถบเบลอกว้างโดยไม่มีขอบเขตที่คมชัด สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่าแถบ สเปกตรัมการปลดปล่อยของอะตอมประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นหรือกลุ่มของเส้นที่มีระยะห่างใกล้เคียงกัน ดังนั้นสเปกตรัมของอะตอมจึงเรียกว่าสเปกตรัมเส้น สำหรับแต่ละองค์ประกอบจะมีสเปกตรัมเส้นที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งรูปแบบนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นของอะตอม

วิธีที่ง่ายที่สุดและศึกษามากที่สุดคือสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน การวิเคราะห์วัสดุเชิงประจักษ์แสดงให้เห็นว่าเส้นแต่ละเส้นในสเปกตรัมสามารถรวมกันเป็นกลุ่มของเส้น ซึ่งเรียกว่าอนุกรม ในปี 1885 I. Balmer พบว่าความถี่เส้นในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมไฮโดรเจนสามารถแสดงเป็นสูตรง่ายๆ:

( 3, 4, 5, …), (7.42.1)

โดยที่ 3.29∙10 15 s -1 คือค่าคงที่ Rydberg เส้นสเปกตรัมที่แตกต่างกันในค่าต่างๆจากชุด Balmer ต่อจากนั้น มีการค้นพบซีรีส์เพิ่มเติมอีกหลายชุดในสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน:

ชุด Lyman (อยู่ในส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม):

( 2, 3, 4, …); (7.42.2)

ชุด Paschen (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 4, 5, 6, …); (7.42.3)

ชุดตัวยึด (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 5, 6, 7, …); (7.42.4)

ชุด Pfund (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 6, 7, 8, …); (7.42.5)

ชุดฮัมฟรีย์ (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 7, 8, 9, …). (7.42.6)

ความถี่ของเส้นทั้งหมดในสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนสามารถอธิบายได้ด้วยสูตรเดียว - สูตร Balmer ทั่วไป:

, (7.42.7)

โดยที่ 1, 2, 3, 4 เป็นต้น – กำหนดชุดข้อมูล (เช่น สำหรับชุด Balmer 2) แต่กำหนดบรรทัดในชุด โดยรับค่าจำนวนเต็มเริ่มต้นจาก 1

จากสูตร (7.42.1) - (7.42.7) จะเห็นได้ว่าแต่ละความถี่ในสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนคือความแตกต่างของปริมาณสองรูปแบบขึ้นอยู่กับจำนวนเต็ม การแสดงออกเช่น โดยที่ 1, 2, 3, 4 เป็นต้น เรียกว่าเงื่อนไขสเปกตรัม ตามหลักการรวม Ritz ความถี่ที่ปล่อยออกมาทั้งหมดสามารถแสดงเป็นการรวมกันของสองเงื่อนไขทางสเปกตรัม:

(7.42.8)

และเสมอ >

การศึกษาสเปกตรัมของอะตอมที่ซับซ้อนกว่านั้นแสดงให้เห็นว่าความถี่ของเส้นที่ปล่อยออกมาสามารถแสดงเป็นความแตกต่างระหว่างสองเงื่อนไขทางสเปกตรัม แต่สูตรของพวกมันซับซ้อนกว่าสำหรับอะตอมไฮโดรเจน

ความสม่ำเสมอของการแผ่รังสีปรมาณูที่สร้างขึ้นจากการทดลองนั้นขัดแย้งกับอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบดั้งเดิม ซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากประจุเคลื่อนที่แบบเร่ง ดังนั้น อะตอมจึงรวมประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งในปริมาตรที่จำกัดของอะตอม การแผ่รังสี ประจุจะสูญเสียพลังงานในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าการดำรงอยู่ของอะตอมเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม ความสม่ำเสมอที่กำหนดขึ้นเป็นพยานว่าการแผ่รังสีสเปกตรัมของอะตอมเป็นผลมาจากกระบวนการที่ยังไม่ทราบภายในอะตอม

การแผ่รังสีของอะตอมที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์กันประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมที่แยกจากกัน ตามนี้ สเปกตรัมการปล่อยของอะตอมเรียกว่าสเปกตรัมเส้น

บนมะเดื่อ 12.1 แสดงสเปกตรัมการปล่อยไอปรอท สเปกตรัมของอะตอมอื่นมีลักษณะเหมือนกัน

การศึกษาสเปกตรัมของอะตอมเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจโครงสร้างของอะตอม ประการแรกพบว่าเส้นในสเปกตรัมของอะตอมไม่ได้ถูกจัดเรียงแบบสุ่ม แต่จะรวมกันเป็นกลุ่มหรือที่เรียกว่าชุดของเส้น สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนที่สุดในสเปกตรัมของอะตอมที่ง่ายที่สุดซึ่งก็คือไฮโดรเจน บนมะเดื่อ 12.2 แสดงส่วนหนึ่งของสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนในบริเวณที่มองเห็นได้และใกล้กับรังสีอัลตราไวโอเลต สัญลักษณ์ระบุเส้นที่มองเห็นได้ ซึ่งระบุขอบเขตของซีรีส์ (ดูด้านล่าง) เห็นได้ชัดว่าเส้นถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน ระยะห่างระหว่างเส้นจะลดลงตามธรรมชาติเมื่อเราเปลี่ยนจากคลื่นที่ยาวกว่าไปยังคลื่นที่สั้นกว่า

Balmer นักฟิสิกส์ชาวสวิส (1885) พบว่าความยาวคลื่นของเส้นไฮโดรเจนชุดนี้สามารถแทนได้ด้วยสูตร

โดยที่ค่าคงที่คือจำนวนเต็มที่รับค่า 3, 4, 5 เป็นต้น

ถ้าเราดูใน (12.1) จากความยาวคลื่นถึงความถี่ เราจะได้สูตร

โดยที่ค่าคงที่นี้ตั้งชื่อตามนักสเปกโตรสโกปีชาวสวีเดน นั่นคือค่าคงที่ Rydberg เธอมีค่าเท่ากัน

สูตร (12.2) เรียกว่าสูตร Balmer และชุดของเส้นสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนที่สอดคล้องกันเรียกว่าชุด Balmer การศึกษาเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่ามีอีกหลายชุดในสเปกตรัมของไฮโดรเจน ชุด Lyman อยู่ในส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม ชุดที่เหลืออยู่ในเขตอินฟราเรด เส้นของอนุกรมเหล่านี้สามารถแสดงในรูปแบบของสูตรที่คล้ายกับ (12.2):

ความถี่ของทุกเส้นในสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนสามารถแสดงได้ด้วยสูตรเดียว:

โดยมีค่า 1 สำหรับอนุกรม Lyman, 2 สำหรับอนุกรม Balmer เป็นต้น สำหรับจำนวนที่กำหนด จะรับค่าจำนวนเต็มทั้งหมด โดยเริ่มจาก Expression (12.4) เรียกว่าสูตร Balmer ทั่วไป

เมื่อความถี่ของเส้นในแต่ละอนุกรมเพิ่มขึ้น ก็จะมีค่าจำกัดซึ่งเรียกว่าขอบเขตของอนุกรม (ในรูปที่ 12.2 ขอบเขตของอนุกรม Balmer จะถูกทำเครื่องหมายด้วยสัญลักษณ์)

สเปกตรัม (สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า) - ชุดของช่วงความถี่ทั้งหมด (ความยาวคลื่น) ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

รูปแบบสเปกตรัมของแข็งร้อนปล่อยสเปกตรัมต่อเนื่อง เส้นแสดงก๊าซและแถบสเปกตรัม เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 พบว่าสเปกตรัมเส้นถูกปล่อยออกมาจากอะตอมและไอออน สเปกตรัมแบบเส้นถูกปล่อยออกมาจากโมเลกุล ดังนั้นจึงเรียกว่าสเปกตรัมของอะตอมและโมเลกุล

ตำแหน่งของเส้นสเปกตรัมในสเปกตรัมมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวคลื่น λ หรือความถี่ ν=с/λ แทนที่จะใช้ความถี่ในทัศนศาสตร์และสเปกโทรสโกปี มักใช้ (สเปกโทรสโกปี) หมายเลขคลื่น k=1/λ (บางครั้งก็แสดงด้วย ).

กฎพื้นฐานของสเปกโทรสโกปีก่อตั้งโดยประจักษ์ในปี พ.ศ. 2451 คือ หลักการรวม Ritz

ตามหลักการของริทซ์ เส้นสเปกตรัมทั้งหมดของอะตอมสามารถหาได้จากการรวมกันของปริมาณที่น้อยกว่ามากเรียกว่า (สเปกตรัม) เงื่อนไข .

จำนวนคลื่นของเส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นแสดงเป็นค่าความแตกต่างระหว่างสองพจน์:

คำที่เป็นบวกและเป็นตัวเลข ดังนั้นเมื่อจำนวนของคำเพิ่มขึ้น ค่าของมันจะลดลง นั่นคือในสูตรข้างต้น n 1 ที เอ็น 2 .

ซีรี่ส์สเปกตรัม. หากเรากำหนดค่า n 1 และให้ n 2 ค่าต่อเนื่อง n 2 \u003d n 1 +1 เราจะได้ระบบเส้นที่เรียกว่า ชุดสเปกตรัม .

ชุดของอนุกรมสเปกตรัมประกอบด้วยสเปกตรัมของธาตุที่กำหนด (อะตอม)

พิจารณาเส้นสเปกตรัมสองเส้นในอนุกรมเดียวกัน

และ .

เราลบอันที่สองออกจากอันแรก โดยสมมติว่านั่นคือ และเราได้รับ:

และนี่คือเลขคลื่นของเส้นสเปกตรัมขององค์ประกอบเดียวกันที่เป็นของอนุกรมที่มีพจน์เริ่มต้น

ดังนั้น จาก หลักการรวมกัน ดังนี้ ความแตกต่างของความถี่ (เลขคลื่น) ของเส้นสเปกตรัมสองเส้นของอะตอมอนุกรมเดียวกันทำให้ความถี่ (เลขคลื่น) ของเส้นสเปกตรัมของอะตอมอื่นในอนุกรมเดียวกัน

สำหรับองค์ประกอบส่วนใหญ่ นิพจน์การวิเคราะห์สำหรับคำศัพท์ไม่เป็นที่รู้จัก อย่างดีที่สุด สูตรเหล่านี้แสดงด้วยสูตรเชิงประจักษ์หรือกึ่งเชิงประจักษ์ ข้อยกเว้นคืออะตอมของไฮโดรเจนซึ่งประกอบด้วยหนึ่งโปรตอนและหนึ่งนิวตรอน

สเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน

สำหรับอะตอมไฮโดรเจน คำที่มีระดับความถูกต้องสูงสามารถแสดงเป็น:

(n= 1, 2, 3, ….).

นี่คือค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน

จากนิพจน์นี้ เมื่อนำมารวมกันจะได้ชุดสเปกตรัมต่อไปนี้:

ชุดลายแมน:

, n=2, 3, 4, …

ชุดบัลเมอร์:

, n=3, 4, 5, …

สี่บรรทัดแรกอยู่ในขอบเขตที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ใน 4 บรรทัดนี้ Balmer (1885) ได้เปิดเผยความสม่ำเสมอที่แสดงโดยสูตร .

เส้นเหล่านี้เรียกว่า , , . เส้นที่เหลืออยู่ในรังสีอัลตราไวโอเลต การแสดงแผนผังของเส้นของชุด Balmer ในรูป

ชุดพาสเชน:

, n=4, 5, 6, …

บรรทัดทั้งหมดในชุดนี้คาดการณ์โดย Ritz บนพื้นฐานของหลักการรวมกัน

ซีรี่ส์วงเล็บ

, n=5 ,6, 7, …

Pfund Series:

, n=6, 7, 8, …

ทั้งสองซีรีย์นี้อยู่ในอินฟราเรดไกล เปิดให้บริการในปี พ.ศ. 2465 และ 2467 ซีรี่ส์ Brackett เป็นการรวมกันของบรรทัดซีรี่ส์ Paschen ซีรี่ส์ Pfund เป็นการรวมกันของบรรทัดซีรี่ส์ Brackett

ความยาวคลื่นสูงสุดของชุด Lyman สำหรับ n=2 เรียกว่าเส้นเรโซแนนซ์ของไฮโดรเจน รับความถี่สูงสุดได้ที่ ความถี่นี้เรียกว่าขอบเขตอนุกรม

สำหรับซีรี่ส์ Balmer นาโนเมตร

สัจพจน์ของบอร์

กฎของฟิสิกส์คลาสสิกใช้ในการอธิบายกระบวนการต่อเนื่อง สเปกตรัมที่ศึกษาเชิงทดลองชี้ให้เห็นว่ากระบวนการในอะตอมที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีนั้นไม่ต่อเนื่องกัน บอร์เข้าใจเรื่องนี้อย่างชัดเจนและตั้งสมมติฐานสองข้อ

1. อะตอม (และระบบอะตอมใด ๆ ) อาจไม่อยู่ในทุกสถานะที่ได้รับอนุญาตโดยกลศาสตร์คลาสสิก แต่เฉพาะในบางสถานะ (quatonic) ที่มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง , , . ในสถานะเหล่านี้ อะตอมจะไม่แผ่รังสีออกมา (ตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบดั้งเดิม) สถานะเหล่านี้เรียกว่านิ่ง

(กลศาสตร์ควอนตัมนำไปสู่สภาวะหยุดนิ่งด้วยระดับพลังงาน ในกลศาสตร์ควอนตัม สัจพจน์ของบอร์เป็นผลมาจากหลักการพื้นฐานของมัน)

2. เมื่ออะตอมผ่านจากสถานะที่มีพลังงานสูงไปยังสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่า พลังงานของอะตอมจะเปลี่ยนไป หากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นกับการแผ่รังสี โฟตอนที่มีพลังงานจะถูกปล่อยออกมา

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎความถี่บอร์ และยังใช้ได้สำหรับการดูดกลืน

ดังนั้น ระบบปรมาณูจึงเปลี่ยนจากสถานะหยุดนิ่งหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง อย่างก้าวกระโดด . การกระโดดดังกล่าวเรียกว่า ควอนตัม .

กฎความถี่บอร์อธิบายหลักการผสมของ Ritz:

เพราะเหตุนี้,

ดังนั้นจึงชัดเจน ความหมายทางกายภาพของคำ – เงื่อนไขทางสเปกตรัมกำหนดโดยระดับพลังงานของอะตอมและธรรมชาติเชิงเส้นของสเปกตรัมการแผ่รังสีของอะตอม

ชุดค่าพลังงานของสถานะคงที่ของรูปแบบอะตอม สเปกตรัมพลังงานของอะตอม

การกำหนดค่าพลังงานของอะตอม , , เรียกว่า การวัดปริมาณ (การหาปริมาณพลังงานของอะตอม)

บอร์เสนอกฎการหาปริมาณสำหรับอะตอมไฮโดรเจนซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง

สมมติว่าเงื่อนไขทางสเปกตรัมและระดับพลังงานที่เกี่ยวข้องมีรูปแบบ Balmer:

จำนวนเต็ม น เรียกว่า หมายเลขควอนตัมหลัก .

ในสเปกโทรสโกปี เงื่อนไขทางสเปกตรัมและระดับพลังงานมักจะแสดงเป็นเส้นแนวนอน และการเปลี่ยนระหว่างพวกมันเป็นลูกศร ลูกศรที่ชี้จากระดับพลังงานที่สูงกว่าไปยังระดับที่ต่ำกว่าจะสอดคล้องกับเส้นที่ปล่อยออกมา ลูกศรที่ชี้จากระดับพลังงานที่ต่ำกว่าถึงที่สูงกว่าจะสอดคล้องกับเส้นการดูดซับ

ดังนั้น สเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ (รูปที่)

ระดับพลังงานถูกกำหนดโดยเลขควอนตัม n พลังงานที่มีระดับเป็นศูนย์ ระดับจะแสดงโดยเส้นประด้านบน ระดับล่างทั้งหมดสอดคล้องกับค่าลบของพลังงานทั้งหมดของอะตอม ระดับต่ำกว่าระดับทั้งหมดจะไม่ต่อเนื่องกัน เหนือ - ต่อเนื่อง นั่นคือพวกเขาจะไม่ถูกวัดปริมาณ: สเปกตรัมพลังงานนั้นต่อเนื่อง

เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ มันจะจำกัด ไม่มีที่สิ้นสุดเมื่อใด ดังนั้น อิเล็กตรอนและนิวเคลียสจึงก่อตัวเป็นระบบที่มีพันธะเฉพาะในกรณีของสเปกตรัมพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง ด้วยสเปกตรัมอิเล็กทรอนิกส์ที่ต่อเนื่อง อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้ไกลจากนิวเคลียสโดยพลการ ในกรณีนี้ อนุภาคอิเล็กตรอน-นิวเคลียสคู่หนึ่งสามารถเรียกตามอัตภาพว่าอะตอมเท่านั้น นั่นคือทุกระดับของอะตอมจะไม่ต่อเนื่องกัน ย้ายจากระดับพลังงานที่ต่ำกว่าไปสู่ระดับที่สูงขึ้น การกระตุ้นของอะตอม

อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของการเปลี่ยนสถานะแบบแยกส่วนแสดงถึงความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะของสเปกตรัมพลังงานต่อเนื่องและระหว่างสถานะของสเปกตรัมต่อเนื่องและแบบไม่ต่อเนื่อง มัน ปรากฏเป็นสเปกตรัมต่อเนื่อง ซ้อนทับบนเส้นสเปกตรัมของอะตอม และในข้อเท็จจริงที่ว่าสเปกตรัมของอะตอมไม่แตกออกที่ขอบเขตของอนุกรม แต่จะต่อเลยออกไปด้วยความยาวคลื่นที่สั้นกว่า

การเปลี่ยนจากสถานะที่ไม่ต่อเนื่องไปยังพื้นที่สเปกตรัมต่อเนื่องเรียกว่า ไอออนไนซ์ .

การเปลี่ยนจากสเปกตรัมต่อเนื่องเป็นสเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่อง (การรวมตัวกันของไอออนและอิเล็กตรอนอีกครั้ง) จะมาพร้อมกับ การรวมกันอีกครั้ง คลื่นความถี่.

พลังงานไอออไนเซชัน

ถ้าอะตอมอยู่ในสถานะพื้น พลังงานไอออไนเซชันจะถูกกำหนดดังนี้

ความสม่ำเสมอในสเปกตรัมของอะตอม

( 3, 4, 5, …), (7.42.1)

ชุด Lyman (อยู่ในส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัม):

( 2, 3, 4, …); (7.42.2)

ชุด Paschen (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 4, 5, 6, …); (7.42.3)

ชุดตัวยึด (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 5, 6, 7, …); (7.42.4)

ชุด Pfund (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 6, 7, 8, …); (7.42.5)

ชุดฮัมฟรีย์ (อยู่ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม):

( 7, 8, 9, …). (7.42.6)

, (7.42.7)

(7.42.8)

และเสมอ >

1. ความสม่ำเสมอในสเปกตรัมของอะตอม อะตอมที่แยกตัวออกมาในรูปของก๊าซบริสุทธิ์หรือไอโลหะจะปล่อยสเปกตรัมที่ประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมแต่ละเส้น (เส้นสเปกตรัม) การศึกษาสเปกตรัมของอะตอมเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจโครงสร้างของอะตอม เส้นในสเปกตรัมไม่ได้จัดเรียงแบบสุ่ม แต่เป็นชุด ระยะห่างระหว่างเส้นในชุดจะลดลงตามธรรมชาติเมื่อเราเปลี่ยนจากคลื่นยาวเป็นคลื่นสั้น

นักฟิสิกส์ชาวสวิส J. Balmer ในปี 1885 ยืนยันว่าความยาวคลื่นของอนุกรมในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมไฮโดรเจนสามารถแสดงได้ด้วยสูตร (สูตรของ Balmer): 0 = const, n = 3, 4, 5, ... R = 1.09 10 7 ม. -1 คือค่าคงที่ Rydberg, n = 3, 4, 5,... ในฟิสิกส์ ค่าคงที่ Rydberg เป็นค่าอื่นที่เท่ากับ R = R s R = 3.29 10 15 s -1 หรือ

พ.ศ. 2438 - การค้นพบรังสีเอกซ์โดย Roentgen พ.ศ. 2439 - การค้นพบกัมมันตภาพรังสีโดย Becquerel พ.ศ. 2440 - การค้นพบอิเล็กตรอน (J. Thomson กำหนดค่าของอัตราส่วน q / m) สรุป: อะตอมมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและประกอบด้วยบวก (โปรตอน ) และอนุภาคลบ (อิเล็กตรอน)

ในปี พ.ศ. 2446 เจ. เจ. ทอมสันได้เสนอแบบจำลองอะตอม: ทรงกลมที่บรรจุไฟฟ้าบวกอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งภายในบรรจุอิเล็กตรอน ประจุทั้งหมดของทรงกลมเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน อะตอมโดยรวมเป็นกลาง ทฤษฎีของอะตอมดังกล่าวระบุว่าสเปกตรัมควรมีความซับซ้อน แต่ไม่มีเส้นขนานซึ่งขัดแย้งกับการทดลอง

ในปี พ.ศ. 2442 เขาค้นพบรังสีอัลฟาและบีตา ร่วมกับ F. Soddy ในปี 1903 เขาได้พัฒนาทฤษฎีการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีและกำหนดกฎของการเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสี ในปี 1903 เขาได้พิสูจน์ว่ารังสีแอลฟาประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก ในปี 1908 เขาได้รับรางวัลโนเบล Ernest Rutherford (1871–1937) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้ก่อตั้งฟิสิกส์นิวเคลียร์ งานวิจัยนี้อุทิศให้กับฟิสิกส์อะตอมและนิวเคลียร์ กัมมันตภาพรังสี

2. แบบจำลองนิวเคลียร์ของอะตอม (Rutherford model) ความเร็ว - อนุภาค = 10 7 m/s = 10 4 km/s – อนุภาคมีประจุบวกเท่ากับ +2 e แผนการทดลองของ Rutherford อนุภาคที่กระจัดกระจายกระทบกับตะแกรงสังกะสีซัลไฟด์ทำให้เกิดประกายไฟ - แสงวาบ

อนุภาค α ส่วนใหญ่กระจัดกระจายเป็นมุมลำดับที่ 3° อนุภาค α แต่ละตัวถูกหักเหในมุมกว้างมากถึง 150º (หนึ่งในหลายพัน) การเบี่ยงเบนดังกล่าวเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อประจุบวกเกือบจุด - นิวเคลียสของอะตอม - โต้ตอบกับอนุภาคαที่บินระยะใกล้

ความน่าจะเป็นต่ำของการเบี่ยงเบนในมุมกว้างบ่งชี้ว่านิวเคลียสมีขนาดเล็ก: 99.95% ของมวลของอะตอมมีความเข้มข้นในนิวเคลียส m m

М รัศมีนิวเคลียร์ R (10 14 h)m และขึ้นอยู่กับจำนวนของนิวคลีออนในนิวเคลียส

เอฟ เอฟ

อย่างไรก็ตาม แบบจำลองดาวเคราะห์มีความขัดแย้งอย่างชัดเจนกับอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบดั้งเดิม: อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นวงกลม กล่าวคือ ด้วยความเร่งปกติควรจะแผ่พลังงานออกมา ดังนั้น จึงช้าลงและตกลงสู่แกนกลาง แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมอะตอมจึงเสถียร แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

บอร์ นีลส์ เฮนดริก เดวิด (พ.ศ. 2428-2505) นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวเดนมาร์ก หนึ่งในผู้ก่อตั้งฟิสิกส์สมัยใหม่ เขากำหนดแนวคิดเกี่ยวกับความไม่แน่นอนของสถานะพลังงานของอะตอม สร้างแบบจำลองอะตอม ค้นพบเงื่อนไขสำหรับความเสถียรของอะตอม เขาสร้างแบบจำลองควอนตัมอะตอมขึ้นเป็นครั้งแรก โดยอ้างอิงจากสมมติฐาน 2 ข้อที่ขัดแย้งโดยตรงกับแนวคิดและกฎหมายแบบคลาสสิก 3. ทฤษฎีเบื้องต้นของบอร์

1. อะตอมควรได้รับการอธิบายว่าเป็น "พีระมิด" ของสถานะพลังงานที่อยู่นิ่ง อะตอมไม่แผ่พลังงานออกมา 2. ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะหยุดนิ่ง อะตอมจะดูดซับหรือปล่อยพลังงานควอนตัมออกมา เมื่อพลังงานถูกดูดซับ อะตอมจะเข้าสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้น

EnEnEnEnEn E m > E n การดูดซับพลังงาน E n การดูดซับพลังงาน"> การดูดซับพลังงาน E n"> การดูดซับพลังงาน E n" title="(!LANG:EnEnEnEnEn E m > การดูดซับพลังงาน E n"> title="EnEnEnEnEn E m > E n การดูดซับพลังงาน"> !}

EnEnEnEnEnEn E m > E n การปล่อยพลังงาน E n การแผ่พลังงาน"> การแผ่พลังงาน E n"> การแผ่พลังงาน E n" title="(!LANG:EnEnEnEnEnEn E m > การแผ่พลังงาน E n"> title="EnEnEnEnEnEn E m > E n การปล่อยพลังงาน"> !}

สมมติฐานของบอร์ 1. อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงโคจร (นิ่ง) บางวงเท่านั้น ในกรณีนี้จะไม่มีการแผ่รังสีของพลังงาน เงื่อนไขสำหรับวงโคจรที่อยู่นิ่ง: ในวงโคจรของอิเล็กตรอนทั้งหมด เฉพาะวงโคจรที่เป็นไปได้ซึ่งโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของค่าคงที่ของพลังค์: n = 1, 2, 3, ... หมายเลขควอนตัมหลัก m e v r = น

2. การปล่อยหรือการดูดกลืนพลังงานในรูปของพลังงานควอนตัม h เกิดขึ้นเฉพาะในช่วงที่อิเล็กตรอนเปลี่ยนจากสถานะหยุดนิ่งหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง พลังงานของควอนตัมแสงจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างพลังงานของสถานะที่อยู่นิ่งซึ่งระหว่างนั้นจะเกิดควอนตัมกระโดดของอิเล็กตรอน: hv = E m – E n - กฎความถี่ของ Bohr m, n คือจำนวนสถานะ EnEn EmEm การดูดซับพลังงาน EnEn EmEm การแผ่รังสีของพลังงาน

สมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน =>=> รัศมีของวงโคจรที่อยู่นิ่ง: m e υr = nħ => รัศมีวงโคจรนิ่ง: m e υr = nħ"> => รัศมีวงโคจรนิ่ง: m e υr = nħ"> => รัศมีวงโคจรนิ่ง: m e υr = nħ" title="(!LANG:สมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน =>=> รัศมี วงโคจรที่อยู่นิ่ง: m e υr = nħ"> title="สมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน =>=> รัศมีของวงโคจรที่อยู่นิ่ง: m e υr = nħ"> !}

เอ็น , นาโนเมตร

ในทางทฤษฎีบอร์คำนวณอัตราส่วนของมวลโปรตอนต่อมวลอิเล็กตรอน m p /m e = 1847 ซึ่งสอดคล้องกับการทดลอง ทั้งหมดนี้เป็นการยืนยันที่สำคัญของแนวคิดหลักที่มีอยู่ในทฤษฎีของบอร์ ทฤษฎีของบอร์มีบทบาทอย่างมากในการสร้างฟิสิกส์ของอะตอม ในระหว่างการพัฒนา (พ.ศ. 2456 - 2468) มีการค้นพบที่สำคัญซึ่งรวมอยู่ในคลังวิทยาศาสตร์โลกตลอดกาล

อย่างไรก็ตาม ควบคู่ไปกับความสำเร็จในทฤษฎีของบอร์ ข้อบกพร่องที่สำคัญถูกเปิดเผยตั้งแต่ต้น ความไม่สอดคล้องกันภายในของทฤษฎี: การเชื่อมต่อทางกลของฟิสิกส์คลาสสิกกับสมมุติฐานควอนตัม ทฤษฎีนี้ไม่สามารถอธิบายคำถามเกี่ยวกับความเข้มของเส้นสเปกตรัมได้ ความล้มเหลวอย่างร้ายแรงคือความเป็นไปไม่ได้อย่างแท้จริงที่จะใช้ทฤษฎีนี้เพื่ออธิบายสเปกตรัมของฮีเลียม (เขา) (อิเล็กตรอนสองตัวในวงโคจร และทฤษฎีของบอร์ไม่สามารถรับมือได้อยู่แล้ว)

เห็นได้ชัดว่าทฤษฎีของ Bohr เป็นเพียงช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อในการสร้างทฤษฎีที่ถูกต้องและกว้างมากขึ้น ทฤษฎีดังกล่าวคือกลศาสตร์ควอนตัม (คลื่น) การพัฒนาเพิ่มเติมของกลศาสตร์ควอนตัมนำไปสู่การปฏิเสธภาพเชิงกลของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามของนิวเคลียส

4. การทดลองของ Frank และ Hertz การมีอยู่ของระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องของอะตอมและการพิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีของ Bohr ได้รับการยืนยันโดยการทดลองของ Frank และ Hertz เจมส์ แฟรงก์ และกุสตาฟ เฮิรตซ์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2468 จากการศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับความไม่แน่นอนของระดับพลังงาน

เส้นทางของเส้นโค้งดังกล่าวอธิบายได้จากความจริงที่ว่าเนื่องจากความไม่แน่นอนของระดับพลังงาน อะตอมของปรอทสามารถรับรู้พลังงานของการทิ้งระเบิดอิเล็กตรอนได้เฉพาะในส่วน: E 1, E 2, E 3 ... - พลังงานของ ที่ 1, 2 ฯลฯ รัฐนิ่ง เมื่อ U เพิ่มขึ้นถึง 4.86V กระแส I จะเพิ่มขึ้นแบบโมโนโทน ที่ U = 4.86V กระแสจะสูงสุด จากนั้นจึงลดลงอย่างรวดเร็วและเพิ่มขึ้นอีกครั้ง สูงสุดปัจจุบันเพิ่มเติมสังเกตได้ที่ U = 2 4.86 V, 3 4.86 V...

ที่ U

อะตอมของปรอทซึ่งได้รับพลังงาน ΔЕ 1 เมื่อชนกับอิเล็กตรอนและผ่านเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ~ s จะต้องกลับสู่สถานะพื้น โดยเปล่งโฟตอนที่มีความถี่ (กฎความถี่): ในกรณีนี้ ความยาวคลื่นของควอนตัมแสง: - ที่สอดคล้องกับรังสีอัลตราไวโอเลต ประสบการณ์ตรวจจับเส้นอัลตราไวโอเลตด้วย