Model Bohra budowy atomu

Światło emitowane przez wzbudzony ogrzewaniem atom po rozszczepieniu tworzy charakterystyczne dla danego pierwiastka widmo nieciągłe. Położenie świetlnych prążków zależne jest od długości emitowanych przez dany pierwiastek fal. Linie te powstają na skutek emisji przez wzbudzony (ogrzewaniem) atom określonej długości fal świetlnych. Wiele linii widma występuje poza zakresem widzialnym - w nadfiolecie i podczerwieni.

Według obowiązującego w XIX wieku modelu atomu Rutherforda elektrony znajdujące się poza jądrem muszą, aby nie spaść na nie, krążyć wokół niego po pewnych orbitach. Jeżeli do atomu dostarczy się energię, jego elektrony zostaną odsunięte na większą odległość od jądra (zwiększy się ich energia potencjalna i kinetyczna). Będą krążyć po bardziej zewnętrznych orbitach. Zgodnie z klasycznymi prawami elektrodynamiki krążący elektron powinien wytwarzać promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie to unosi ze sobą część energii elektronu. Tak więc elektron tracąc swoją energię powinien poruszać się po coraz mniejszych orbitach i w końcu spaść na jądro. Nic takiego jednak się nie obserwowało. Jeśli rzeczywiście tak by było elektron mógłby znajdować się na dowolnej orbicie (która by się cały czas przy wypromieniowywaniu energii, płynnie zmieniała). Zgodnie z tym wszystkie atomy w badanej próbce powinny znajdować się w różnych stanach energetycznych (mieć różną energię) i emitować promieniowanie o wszystkich długościach fal. Widmo powinno być ciągłe, a nie liniowe. Ta niezgodność między teorią, a doświadczeniem, doprowadziła jednego z najwybitniejszych fizyków początku XX wieku - Nielsa Bohra do stworzenia nowej teorii opisującej prawa rządzące atomem.

W 1913 roku Niels Henrik Bohr opublikował nową teorię budowy atomów. Przyjął on, tak jak wcześniej Rutherford, że elektrony krążą po orbitach kołowych dookoła jądra. Model swój zbudował na gruncie mechaniki klasycznej, ale wprowadził odgórne (nie wynikające z niczego) ograniczenia kwantowe. Przyjął on jednak trzy nowe tezy:

1. W atomie istnieją takie orbity, po których poruszające się elektrony nie promieniują energii - orbity te nazwał stacjonarnymi.

2. Każda emisja lub też absorpcja energii promieniowania odpowiada przejściu elektronu pomiędzy dwoma orbitami stacjonarnymi. Promieniowanie emitowane w czasie takiego przejścia jest jednorodne i jego częstość określona jest wzorem

hν = E₁-E₂

gdzie h - stała Plancka, E₁ i E₂ energie układu w obu stanach stacjonarnych.

3. Prawa mechaniki opisują równowagę dynamiczną elektronów w stanach stacjonarnych, ale nie stosują się do przechodzenia elektronu pomiędzy dwoma stanami stacjonarnymi.

Z postulatów tych wynika, że promienie orbit elektronu oraz energie elektronu na poszczególnych orbitach są również skwantowane.

Wzór na promień n-tej orbity stacjonarnej:

 

Wzór na energię potencjalną n-tej orbity stacjonanej:

 

Teoria Bohra tłumaczyła powstawanie liniowych widm atomu wodoru. Załóżmy, że jedyny elektron tego atomu jest na pierwszej orbicie stacjonarnej. Po dostarczeniu do atomu energii elektron może przeskoczyć na którąś z wyższych orbit. Następnie elektron znajdujący się na wyższej orbicie niż pierwsza emituje energię i wraca na nią. Energia emitowana jest w postaci promieniowania, którego częstość (v) jest równa:

 

Teoria Bohra dobrze opisuje widma atomów, wokół których krąży jeden elektron. Atomami takimi są: H, He⁺, Li²⁺. Nie opisuje ona niestety widm atomów obieganych przez dwa lub więcej elektronów. Z tego powodu Bohr długo zwlekał z jej opublikowaniem.

Mimo pozornej poprawności modelu zrezygnowano z niego, ponieważ zgodnie z elektrodynamiką klasyczną poruszający się po okręgu (lub elipsie), a więc przyspieszany, elektron powinien, w sposób ciągły, wypromieniowywać energię i w efekcie "spadłby" na jądro już po czasie rzędu 10^-6 sekundy. Fakt, że tak się nie dzieje, nie dawał się wytłumaczyć na gruncie fizyki klasycznej.

---