玻爾的原子模型(一)——基本理論

為了解釋盧瑟福原子模型的原子結構穩定性問題,丹麥物理學家波爾提出了他的原子模型。他提出了電子在核外的量子化軌道,解決了原子結構的穩定性問題,描繪出了完整而令人信服的原子結構學說。說白了,波爾就是把普朗克的量子假說推廣到了原子內部。

先說一點,值得我們深思的花絮。在波爾的原子模型提出之前,有兩個人也總結出了一定的規律,或者說,他們在大量的實驗數據之下,提出了自己的觀點,即使他們也不知道這是什麼物理含義這告訴我們總結規律,提出規律,有可能就是你成名的捷徑。[笑哭][笑哭][笑哭]

瑞士數學教師巴耳末將氫原子的譜線表示成巴耳末公式即波長λ=(n²/n²-4)B,其中B為常數,n=3,4,5……

瑞典物理學家里德伯總結出更為普遍的光譜線公式里德伯公式即波長λ的倒數=(1/2²-1/n²)R,其中R為常數,n=3,4,5……

1913年2月的某一天,玻爾的同事漢森拜訪他,提到了1885年瑞士數學教師巴耳末的工作以及巴耳末公式,玻爾頓時受到啟發。後來他回憶到「就在我看到巴耳末公式的那一瞬間,突然一切都清楚了,」「就像是七巧板遊戲中的最後一塊。」這件事被稱為玻爾的「二月轉變」。

主要內容如圖

為了解釋盧瑟福原子模型的原子結構穩定性問題,丹麥物理學家波爾提

玻爾的原子理論給出這樣的原子圖像:

1.電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運動,離核愈遠能量愈高;這一點和我們在萬有引力章節所學的軌道越高,機械能越大是完全一致的。

2.可能的軌道由電子的角動量必須是 h/2π的整數倍決定;這一點我們在中學階段無需考慮。

3.當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發射也不吸收能量,只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發射或吸收能量,而且發射或吸收的輻射是單頻的,輻射的頻率和能量之間關係由 E=hv給出。h為普朗克常數。h=6.626×10^(-34)J·s。這一點是中學階段的考察重點,大家注意的關鍵點是只有當三個字。具體我們下一期再說。

雖然玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領域,提出了定態和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律。但是我們發現他其實還是在用宏觀世界的物理規律來解釋微觀世界。這就導致了對於稍微複雜一點的原子如氦原子,玻爾理論就無法解釋它的光譜現象。說白了,無法解釋的根本原因在於我們在前面說過的測不準原理即動量和位置只能確定一點,或者說,電子沒有確定的位置,只有出現的概率大小。

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