|
|
1. Mẫu nguyên tử BO
Năm 1911, sau nhiều công trình nghiên cứu công phu, Rơdơfo (Rutherford) đã đề xướng ra mẫu hành tinh nguyên tử (xem sách hoá học 10). Tuy nhiên mẫu này đã gặp phải khó khăn là không giải thích được tính bền vững của các nguyên tử và sự tạo thành các quang phổ vạch của các nguyên tử.
Để khắc phục những khó khăn trên, năm 1913, Bo (Bohr), nhà vật lí Đan Mạch, đã vận dụng tinh thần của thuyết lượng tử vào việc giải thích các hiện tượng của hệ thống nguyên tử. Ông đã nêu ra hai giả thuyết sau đây (coi như hai tiên đề trong toán học):
a) Tiên đề về các trạng thái dừng: Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Trong các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
Năng lượng của nguyên tử ở trạng thái dừng bao gồm động năng của các êlectrôn và thế năng của chúng đối với hạt nhân. Để tính toán năng lượng của các êlectrôn. Bo vẫn sử dụng mô hình hành tinh nguyên tử.
b) Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử:
Trạng thái dừng có năng lượng càng thấp thì càng bền vững.
Trạng thái dừng có năng lượng càng cao thì càng kém bền vững. Do đó, khi nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng lớn bao giờ nó cũng có xu hướng chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng nhỏ.
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái có năng lượng  sang trạng thái dừng có năng lượng  (với  ) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu  :
Với  là tần số của sóng ánh sáng ứng với phôtôn đó.
Ngược lại, nếu nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng  đúng bằng hiệu  thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng lớn hơn
Một hệ quả rất quan trọng suy ra được từ hai tiên đề trên là: Trong các trạmg thái dừng của nguyên tử, êlectrôn chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.
Bo thấy rằng: đối với nguyên tử hiđrô, bán kính các quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên tiếp:
Bán kính: 
Tên quỹ đạo: 
với  gọi là bán kính B0.
Quỹ đạo có bán kính lớn ứng với năng lượng lớn, bán kính nhỏ ứng với năng lượng nhỏ.
2. Giải thích sự tạo thành quang phổ vạch của hiđrô
Một trong những thành công quan trọng của mẫu nguyên tử BO là giải thích được đầy đủ sự tạo thành quang phổ vạch của hiđrô.
Người ta thấy các vạch trong quang phổ phát xạ của hiđrô sắp xếp thành những dãy xác định, tách rời hẳn nhau.
+ Trong vùng tử ngoại, có một dãy gọi là dãy Laiman (Lyman)
+ Thứ hai là dãy gọi là dãy Banme (Balmer). Dãy này có một phần nằm trong vùng tử ngoại và một phần nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Phần này có 4 vạch là:
đỏ  ; lam  ;
chàm  ; tím  .
+ Trong vùng hồng ngoại có dãy gọi là dãy Pasen (Paschen).
Trước hết, ta hãy giải thích sự tạo thành các vạch quang phổ.
+ Ở trạng thái bình thường (trạng thái cơ bản) nguyên tử hiđrô có năng lượng thấp nhất, êlectrôn chuyển động trên quỹ đạo K.
+ Khi nguyên tử nhận năng lượng kích thích, êlectrôn chuyển lên các quỹ dạo có mức năng lượng cao hơn: L, M, N, O, P v.v..
+ Nguyên tử sống trong trạng thái kích thích trong thời gian rất ngắn (khoảng  ). Sau đó, êlectrôn chuyển về các quỹ đạo bên trong và phát ra các phôtôn.
+ Mỗi khi êlectrôn chuyển từ một quỹ đạo có mức năng lượng cao xuống một quỹ đạo có mức năng lượng thấp thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu mức năng lượng ứng với hai quỹ đạo đó.
Mỗi phôtôn có tần số  lại ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 
Mỗi sóng ánh sáng đơn sắc lại cho một vạch quang phổ có một màu nhất định. Vì vậy quang phổ là quang phổ vạch.
Sự tạo thành các dãy được giải thích như sau:
+ Các vạch trong dãy Laiman được tạo thành khi êlectrôn chuyển từ các quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K:
L -> K; M -> K; N -> K; O -> K và P -> K.
+ Các vạch trong dãy Banme được tạo thành khi các êlectrôn chuyển từ các quỹ đạo bênngoài về quỹ đạo L
Vạch  ứng với sự chuyển M -> L
Vạch  ứng với sự chuyển N -> L
Vạch  ứng với sự chuyển O -> L
Vạch  ứng với sự chuyển P -> L
+ Các vạch trong dãy Pasen được tạo thành khi các êlectrôn chuyển từ các quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M.
Trong sơ đồ đó, các sự chuyển đượcbiểu diễn bằng các mũi tên hướng từ trên xuóng. Phía dưới sơ đồ có vẽ các vạch quang phổ ứng với sự chuyển đó.
Việc giải thích thành công các quy luật quang phổ của nguyên tử hiđrô cho thấy hệ thống nguyên tử (hệ thống vi mô) tuân theo các quy luật khác với các quy luật của vật lí cổ điển: các quy luật lượng tử.
Một số bài tập
Trong nguyên tử Hydro , giá trị các mức năng lượng ứng với các quỹ đạo K;L;M;N;O lần lượt là : -13,6eV ; -3,4eV ; -1,51eV ; -0,85eV ; -0,53eV . Khẳng định nào sau đây là sai ? Chọn nội dung không chính xác : Biết  = 4,0015u;  = 1,0073u;  = 1,0087u; 1u = 931,5MeV. Năng lượng liên kết riêng của hạt  là : Phát biểu nào sau đây về quang phổ của nguyên tử hiđrô là sai?
Phát biểu nào sau đây sai khi nói về quang phổ của nguyên tử Hirđrô? Hãy tìm bước sóng của bức xạ phát ra trong dãy pasen từ mức năng lượng 
Vạch đầu tiên trong dãy Banme nằm trong vùng : Dùng một bức xạ có bước sóng Y chiếu vào một đám khí H thì đám khí này phát sáng và phát ra 3 vạch có bước sóng Y1, Y2, Y3 với Y1< Y2< Y3. Giá trị của bước sóng Y của ánh sáng kính thích là : Biết vạch thứ 2 của dãy Lyman trong quang phổ nguyên tử Hiđro có bước sóng là 102,6nm và năng lượng tối thiểu cần thiết để bứt electron ra khỏi nguyên tử từ trạng thái cơ bản là 13,6eV. Bước sóng ngắn nhất của vạch quang phổ trong dãy Pasen là:
Xét nguyên tử hidro nhận năng lượng kích thích, electron chuyển lên quỹ đạo O, khi electron trở về các quỹ đạo bên trong sẽ phát ra tối đa mấy photon |
 |
Lượng tử ánh sáng |
 |
|
 | Ứng dụng của thuyết lượng tử trong nguyên tử hiđrô |
|
|
 |
|
 |
|
Góp ý với Onthi.com
