Электронная оболочка атомов по Бору

Удачное объяснение строения атома предложил Нильс Бор. Он свёл воедино несколько установленных, но разобщенных фактов и теорий (линейчатую структуру атомных спектров, классическую механику, электростатику и новую идею М. Планка о квантовой энергии). Основываясь на положениях квантовой теории, Н. Бор сделал вывод, что энергия электронов в атоме не может изменяться непрерывно, а изменяется дискретно. В атоме возможны не любые энергетические состояния, а только определенные, разрешенные. Энергетические состояния электрона в атоме квантованы. Основные положения теории Н. Бора сформулированы в виде постулатов (утверждение без доказательства):

1) электрон в атоме может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по определенным круговым, так называемым стационарным орбитам, на которых орбитальный момент количества движения (момент импульса электрона) mur = nh/2p, где m и u - масса и скорость электрона, r – радиус орбиты, n – целое число натурального ряда, h – постоянная Планка (6,63∙10^-34 Дж∙с). Каждой стационарной орбите соответствует определённая энергия, поэтому говорят об энергетическом уровне электрона в атоме;

2) если электрон движется по стационарной орбите, то он не выделяет и не поглощает электромагнитной энергии. Он находится под действием двух сил: центростремительной, то есть кулоновской е²/r² и центробежной mu²/r. Эти силы равны e²/r² = mu²/r. Энергия электрона в атоме водорода зависит только от радиуса орбиты: чем меньше орбита, тем меньше его полная энергия. Орбиту электрона называют энергетическим уровнем.

Для атома водорода, если электрон находится на первой орбите, говорят о «нормальном состоянии атома». Под действием световых квантов (hν) электрон может перескочить на более высокие уровни. Электрон и атом при таких условиях называют «возбуждённым». В возбуждённом состоянии атом пребывает ничтожно малое время, он возвращается в свое исходное, устойчивое состояние, при этом происходит испускание кванта энергии. Величина этой энергии тем больше, чем больше разница между энергетическими уровнями;

3) излучение происходит при перескоке электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях

∆Е = Е₂ – Е₁ = hν.

Постулаты Н. Бора объяснили происхождение атомных спектров и стабильность атомов. Однако теория Н. Бора имела и ряд недостатков:

1) не пригодна для объяснения строения сложных атомов начиная с гелия;

2) для атома водорода не могла объяснить тонкую структуру линейчатого спектра;

3) не могла предсказать поведение атома водорода в магнитном поле.