background image

 

 

Model Bohra budowy atomu wodoru

Postulaty:

•    W  atomie  wodoru  elektron  krąży  wokół  protonu  jednostajnym  ruchem 
kołowym  w  wyniku  działania  siły  kulombowskiej  i  zgodnie  z  prawami 
Newtona.

•    Jedynie  te  orbity  są  dozwolone,  dla  których  moment  pędu  krążącego 
elektronu  jest  całkowitą  wielokrotnością  stałej  Plancka  (h)  podzielonej 
przez 2π. Momenty pędu na dozwolonych orbitach określa wzór (158):

•   Elektron znajdujący się na dozwolonej orbicie nie promieniuje energii.
•   Podczas przejścia elektronu z orbity początkowej, na której elektron ma 
energię  E

p

,  na  orbitę  końcową,  na  której  elektron  ma  energię  E

k

  (E

k

>E

p

emitowany jest kwant promieniowania elektromagnetycznego o częstości:

(158).

   

...

 

1,2,3,

=

n

   

;

π

2

h

n

=

mvr

=

L

(159).

   

h

E

-

E

=

f

k

p

(160)

  

r

e

πε

4

1

=

F

2

2

0

(161)

   

r

mv

=

F

2

Elektron

Proton

Tor ruchu 

elektronu

background image

 

 

 Promień orbity oraz prędkość elektronu

Skoro  siły  (160)  i  (161)  są  sobie  równe  i  obowiązuje 
kwantowanie  momentu  pędu  (drugi  postulat),  to  z 
układu  równań  (obok)  można  wyliczyć  zarówno  (r)  jak  i 
(v):

π

2

h

n

=

rmv

   

r

mv

=

r

e

πε

4

1

2

2

2

0

Z drugiego równania

wstawiamy do pierwszego równania otrzymując: 

(162)

  

mr

π

2

h

n

=

v

.

r

m

π

4

h

n

r

m

=

r

πε

4

e

2

2

2

2

2

2

0

2

Rozwiązując powyższe równanie ze względu na (r), po przekształceniach 
i uproszczeniach otrzymujemy:

(163),

  

n

 

me

π

h

ε

=

r

2

2

2

0

a podstawiając za (r) prawą stronę równania (163) do (162) 
otrzymujemy:

(164).

   

n

1

 

h

ε

2

e

=

v

    

czyli

   

,

n

h

ε

me

π

 

m

π

2

h

n

=

v

0

2

2

2

0

2

background image

 

 

 Kwantowanie torów ruchu i prędkości elektronów

Rozwiązanie równań (163) i (164) dla n = 1,2,3 daje następujące wyniki:

n

1

2

3

(m)

0,52910

-10

2,116 10

-10

4,761 10

-10

(m/s)

2,19 10

6

1,095 10

6

0,73 10

6

Oznacza  to,  że  tylko  wybrane 
orbity  są  dozwolone,  a  prędkość 
na  nich  określona.    Zatem 
konsekwencją 

kwantowania 

momentu  pędu  elektronów  jest 
dyskretny  zbiór  promieni  orbit 
elektronów 

prędkości 

elektronów na tychże orbitach. 

r

2

r

1

r

3

r

4

r

5

Orbita elektronu

Jądro (proton)

Przejściu elektronu z orbity 

wyższej na niższą towarzyszy 

emisja kwantu 

promieniowania 

elektromagnetycznego

background image

 

 

 Energia elektronu

Energia  całkowita  elektronu  jest  sumą  jego  energii  kinetycznej  (E

k

)  i 

energii  potencjalnej  (E

p

)  liczbowo  równej  pracy  jaką  trzeba  wykonać  aby 

elektron przenieść z n-tej orbity do nieskończoności.

(165),

  

n

h

ε

8

me

=

E

    

n

h

ε

4

e

 

2

m

=

 

2

mv

=

E

2

2

2
0

4

k

2

2

2
0

4

2

k

,

r

πε

4

e

-

=

 

dr

 

r

1

 

πε

4

e

-

 

=

 

dr

 

r

πε

4

e

 

-

 

=

 

dr

 

F

 

-

=

E

0

2

r

2

0

2

r

2

0

2

r

p

a po podstawieniu za (r) (163) otrzymujemy:

Zatem energia całkowita E wynosi

.

(166)

  

n

h

ε

4

e

-

=

E

2

2

2
0

4

p

.

(167)

  

n

h

ε

8

e

-

=

E

2

2

2
0

4

Ze  wzoru  (167)  wynika,  że  energia  całkowita  elektronu  może  przybierać 
pewne wartości zależne od liczby kwantowej (n). Ujemna wartość energii 
całkowitej  elektronu  (E)  jest  uzasadniona  stanem  związanym  elektronu. 
Energia potrzebna do uwolnienia elektronu, gdy ten znajduje się w stanie 
energetycznym  określonym  liczbą  n=1  jest  nazywana  energią  jonizacji. 
Energia  potrzebna  do  przeniesienia  elektronu  na  wyższy  poziom 
energetyczny jest nazywana energią wzbudzenia.

background image

 

 

 Emisja promieniowania przez atomy wodoru

Jeżeli elektron przechodzi ze stanu początkowego (n

p

) do innego stanu (n

k

o niższej energii, to zgodnie z czwartym postulatem Bohra emitowany jest 
kwant promieniowania o częstotliwości (f).

,

λ

c

=

  

n

1

-

n

1

  

h

ε

8

me

=

  

n

h

ε

8

me

-

-

n

h

ε

8

me

-

  

h

1

=

h

E

-

E

=

f

2

p

2

k

3

2
0

4

2

k

2

2
0

4

2

p

2

2
0

4

kon.

.

pocz

skąd

(168).

     

n

1

-

n

1

  

h

ε

8c

me

=

λ

1

2

p

2

k

3

2
0

4

Wyrażenie  przed  nawiasem  w  (168)  jest  stałą  Rydberga  (R)  i  wynosi 
1,097∙10

7

  1/m.  Ze  względu  na  to,  że  wyrażenie  w  nawiasie  wzoru  (168) 

przyjmuje  tylko  pewne  wartości,  dla  poszczególnych  przejść  między 
poziomami  energetycznymi,  określone  liczbami  kwantowymi  n

k

  i  n

p

również  promieniowanie  pochodzące  z  atomów  wodoru  nie  może 
przyjmować dowolnych wartości (λ) lecz tylko wybrane (zbiór dyskretny). 
W  konsekwencji  widmo  promieniowania  atomów  wodoru  ma  również 
charakter dyskretny, a nie ciągły, tak jak np. światło słoneczne.


Document Outline