Spectre atomice

Substanțele încălzite prin diferite metode emit radiație electromagnetică. Totalitatea radiației electromagnetice emise de o substanță se numește spectru de emisie. Radiația emisă de o substanță poate fi descompusă cu ajutorul spectroscopului sau spectrografului astfel încât și se determine lungimile de undă caracteristice.

Gazele atomice emit spectre de linii. Gazele moleculare emit spectre de bandă. Solidele și lichidele incandescente emit spectre continue.

Spectrul de absorbție este este spectrul continuu din care lipsesc liniile sau benzile caracteristice unei substanțe.

Seriile spectrale ale hidrogenului 

Empiric s-a determinat că o serie spectrală este descrisă de relația:

$$\begin{gathered} \frac{1}{\lambda }=R\left(\frac{1}{n_1}-\frac{1}{n_2}\right), unde \\ {n}_1 - numărul seriei spectrale; \\ {n}_2 - numărul liniei din serie, n_2> n_1; \\ R=1,0973·{10}^7{m}^{-1} - cons\tan ta lui Rydberg \end{gathered}$$

Seriile spectrale ale atomului de hidrogen sunt:

1. Seria Lyman în ultraviolet, n₁ = 1 și n₂ = 2, 3, 4, 5, ...;
2. Seria Balmer în vizibil, n₁ = 2 și n₂ = 3, 4, 5, 6, ...;
3. Seria Paschen în infraroșu apropiat, n₁ = 3 și n₂ = 4, 5, 6, 7, ...;
4. Seria Brackett în infraroșu, n₁ = 4 și n₂ = 5, 6, 7, 8, ...;
5. Seria Pfundt în infraroșu, n₁ = 5 și n₂ = 6, 7, 8, 9,...;
6. Seria Humphry în infraroșu îndepărtat, n₁ = 6 și n₂ = 7, 8, 9,....

Experimentul Rutherford

Rutherford a studiat împrăștierea unui fascicul de particule α cu viteza de aproxomativ 1600 km/s pe o foiță de aur cu grosimea de aproximativ 0,5 μm. Din calcule simple se poate deduce că foița de aur este formată din aproximativ 1650 de straturi de atomi de aur. Particulele α au o masă de aproximativ 8000 de ori mai mare decât a electronului.

Rutherford se aștepta ca particulele α să traverseze foița fără să fie împrăștiate. Din experiment a rezultat că un număr mic de particule α (aproximativ 0,01%) sunt împrăștiate, unele la unghiuri mari chiar și la 180º. Acest lucru se poate întâmpla doar dacă particula α împrăștiată intereacționează cu o particulă mult mai masivă decât ea.

Din calculele lui Rutherford a rezlutat faptul că atomii au un nucleu cu diametrul mai mic cu patru ordine de mărime decât atomii.

Modelul planetar al atomului

Modelul planetar al atomuli presupune că:

• atomul are un nucleu central care conține aproape toată masa atomului;
• nucleul atomului este cu patru sau chiar cinci ordine de mărime mai mic decât atomul;
• nucleul atomului conține toată sarcina electrică pozitivă a atomului;
•  electronii cu sarcină electrică negativă se rotesc în jurul nucleului sub influența forței electrostatice;
• spațiul dintre nucleu și electroni este vid.

​Modelul are două deficiențe fundamentale:

• electronii în mișcare de rotație se mișcă accelerat și ar trebui să emită unde electromagnetice pierzând energie și în final să cadă pe nucleu, lucru care nu se întâmplă;
• spectrele de emisie ale atomilor ar trebui să fie continue, dar ele sunt discrete.

Experimentul Franck - Hertz

În cadrul experimentului Franck - Hertz se studiază modul în care un curent de electroni străbate un gaz rarefiat de vapori de mercur. Pentru aceasta se accelerează electronii cu o tensiune variabilă U aplicată între catod și grilă și se măsoară curentul anodic după ce electronii au fost frânați între grilă și anod.

Reprezentând intensitatea curentului în funcție de tensiune se observă că la multipli de 4,9 V au loc căderi bruște ale intensității curentului. Acest lucru a fost explicat prin existența ciocnirilor inelastice dintre electroni și atomii de mercur, în urma cărora electronii își transferă energia cinetică atomilor, nu mai pot străbate câmpul electric de frânare dintre grilă și anod și sunt reținuți de grilă.

Atomii de mercur trec în stare excitată și prin dezexcitare emit radiații electromagnetice. Calculând lungimea de undă a radiațiilor se obține:

$\lambda =\frac{hc}{e{U}_1}\simeq 253,7 nm$

Cu ajutorul unui spectroscop se constată că tubul cu vapori de mercur emite tocmai radiația cu lungimea de undă calculată mai sus.

Postulatele Bohr

Experimentele Rutherford și Franck - Hertz conduc la următoarele poatulate:

1. Atomii stau un timp îndelungat numai în stări bine determinate numite stări staționare, în care nu emit și nu absorb energie. Energia internă a atomilor în stările staționare este cuantificată, adică are valori dintr-un șir discret E₁, E₂, ..., E_n, ...
2. Atomii absorb și emit radiație electromagnetică doar la trecerea dintr-o stare staționară (m) în altă stare staționară (n). Frecvența radiației emise sau absorbite este dată de relația:

​$h{\nu }_{mn}=\left|E_m-E_{}n\right|$