Mẫu nguyên tử Bo (Bohr), các tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử
Chương VI: Laze là gì? nguồn phát Laze. Hiện tượng phát xạ cảm ứng
Năm 1911 Rutherford đề ra mẫu hành tinh nguyên tử (nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân và các electron chuyển động thành các lớp xung quanh tạo thành vỏ nguyên tử). Hạt nhân mang điện dương, các electron mang điện âm tại sao electron không lao vào hạt nhân mà nó tồn tại ở các vùng xác định xung quanh hạt nhân (các Obitan) => mô hình nguyên tử của Rutherford chưa giải thích được điều này. Mặt khác mô hình nguyên tử Rutherford cũng không thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch phát xạ của Hidro.
Để khắc phục những nhược điểm trên Niels Bohr (1885-1962) là nhà vật lý Đan Mạch đạt giải Nobel năm 1922, người đầu tiên xây dựng lí thuyết về cấu tạo nguyên tử theo tinh thần của thuyết lượng tử ánh sáng, từ đó xây dựng nên các tiên đề Bohr (Bo).
1/ Mẫu nguyên tử Bo:
Mô hình của Rutherford–Bohr về nguyên tử hydro hay một ion tương tự hydro, nơi điện tính âm electron được trộn lẫn trong vật chất mang điện tích dương. Nếu một điện tử bị xê dịch thì nó sẽ bị kéo về vị trí ban đầu. Điều này làm cho nguyên tử trung hòa về điện và ở trạng thái ổn định.
2/ Tiên đề Bohr về các trạng thái dừng
- Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong trạng thái dừng các nguyên tử không bức xạ.
- Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động xung quanh hạt nhân trên các quĩ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.
Đối với nguyên tử Hydro, bán kính các quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp
ro = 5,3.10-11m gọi là bán kính Bohr
Ở trạng thái cơ bản: nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất và các electron chuyển động gần hạt nhân nhất.
Ở trạng thái kích thích: các nguyên tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài sẽ chuyển lên các trạng thái dừng có mức năng lượng cao hơn và các electron chuyển động trên các quỹ đạo xa hạt nhân hơn.
3/ Tiên đề Bohr về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Khi nguyên tử chuyển trạng thái dừng có năng lượng cao En sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn Em thì nó phát ra một photon có năng lượng ε = hfnm = En – Em
Hình minh họa khi các nguyên tử chuyển trạng thái mức năng lượng cao về trạng thái mức năng lượng thấp sẽ phát ra một photon
Khi nguyên tử đăng ở trạng thái dừng có năng lượng thấp Emhấp thụ một photon có năng lượng ε = hfnm = En – Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao En
Hình minh họa nguyên tử hấp thụ một photon để chuyển từ mức năng lượng thấp về mức năng lượng cao.
4/Giải thích sự tạo thành quang phổ vạch của Hidro:
Quang phổ vạch của Hidro gồm 4 vạch Hα(Đỏ); Hβ(Lam); Hγ(Chàm); Hδ(Tím)
Nguyên tử Hydro được kích thích để electron chuyển lên các trạng thái có mức năng lượng cao ứng với bán kính quỹ đạo lớn. Ở trạng thái ngày nguyên tử kém bền nên nguyên tử sẽ dần chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn => các electron sẽ chuyển về bán kính quỹ đạo Bohr nhỏ hơn.
Khi electron chuyển bán kính quỹ đạo cao tương đương với mức năng lượng Ecao xuống mức năng lượng Ethấpnó sẽ phát ra (phát sáng) một photon có năng lượng ε = hf = Ecao – Ethấp. Ứng với mỗi f sẽ có một bước sóng của ánh sáng đơn sắc xác định (f = c/λ) => mỗi vạch quang phổ của Hydro sẽ có một màu xác định.
5/ Giải thích sự tạo thành quang phổ hấp thụ của Hidro:
Hình ảnh quang phổ hấp thụ của Hidro (bốn vạch tối) trên nên quang phổ liên tục
Nguyên tử Hydro đang ở trạng thái cơ bản có mức năng lượng Ethấp, hấp thụ một photon của ánh sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp ε = hf = Ecao – Ethấp nó sẽ chuyển lên mức năng lượng cao hơn => một sóng ánh sáng đơn sắc đã bị hấp thụ => làm cho trên nền quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối => quang phổ hấp thụ của Hydro cũng là quang phổ vạch.
Việc giải thích thành công sự tạo thành quang phổ vạch của Hidro đã chứng minh những tiên đề của Bo là đúng, được nhiều nhà vật lý công nhận.
