1.1. Mô hình nguyên tử
Năm 1911, sau nhiều công trình nghiên cứu công phu, Rơ-dơ-pho (Rutherford) đã đề xướng ra mẫu hành tinh nguyên tử. Tuy nhiên mẫu này gặp phải những khó khăn là không
giải thích được sự tạo thành các quang phổ vạch của các nguyên tử và tính bền vững của các nguyên tử.
Thực vậy, chuyển động của các êlectron quanh hạt nhân bao giờ cũng có gia tốc hướng tâm. Theo thuyết điện từ, một điện tích chuyển động có gia tốc bao giờ cũng phát ra sóng điện từ. Như vậy năng lượng của nguyên tử sẽ giảm dần và êlectron sẽ phải rơi vào hạt nhân.
Năm 1913, Bohr đã vận dụng thuyết lượng tử vào hệ thống nguyên tử và đề ra một mẫu nguyên tử mới gọi là mẫu nguyên tử Bo. Mẫu này đã giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của các nguyên tử, đặt biệt là nguyên tử hidrô.
Trong mẫu này, Bohr vẫn giữ mô hình hành tinh nguyên tử của Rơ-dơ-pho, nhưng ông cho rằng hệ thống nguyên tử bị chi phối bởi những quy luật đặc biệt có tính lượng tử mà ông đề ra dưới dạng hai giả thuyết. Người ta gọi chúng là hai tiên đề của Bohr về cấu tạo nguyên tử.
1.2. Các tiên đề của Bohr về cấu tạo nguyên tử1.2.1. Tiên đề về các trạng thái dừng 1.2.1. Tiên đề về các trạng thái dừng
Nguyên tử chỉ tồn tại trong một sồ trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ. Trong các trang thái dừng của nguyên tử, êlectron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định được gọi là quỹ đạo dừng.
Bình thường, nguyên tử ở trong trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất và êlectron chuyển động trên quỹ đạo gần hạt nhân nhất. Đó là trạng thái cơ bản.
* Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên các trạng thái dừng có năng lượng cao hơn và êlectron chuyển động trên những quỹ đạo xa hạt nhân hơn. Đó là các trạng thái kích thích.
* Các trạng thái kích thích có năng lượng càng cao thì bán kính quỹ đạo của êlectron càng lớn và càng kém bền vững, Thời gian sống trung bình của nguyên tử trong các trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ vào cỡ 10-8s). Sau đó nó chuyển dần về các trạng thái có năng lượng thấp hơn, và cuối cùng về trạng thái cơ bản.
* Bohr tìm được công thức tính bán kính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hiđrô:
Đối với nguyên tử hidrô, bán kính các quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên tiếp:
Bán kính: r0 4 r0 9 r0 16 r0 25 r0 36 r0
Tên quỹ đạo: K L M N O P
n 1 2 3 4 5 6... Tên quỹ K L M N O P...
đạo
Với r0 = 5,3.10-11 m; r0 gọi là bán kính Bo.
Ta hiểu năng lượng của nguyên tử bao gồm động năng của êlectron và thế năng tương tác tĩnh điện giữa êlectron và hạt nhân.
1.2.2. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng (En) sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn (Em) thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En – Em:
ε = hfnm = En – Em
Ngược lại,nếu nguyên tử đang ở trong trạng thái có năng lượng Em mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En – Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao En. (H.47.1)
Tiên đề này cho thấy: nếu một chất hấp thụ được ánh sáng có bước sóng nào thì nó cũng có thể phát ra ánh sáng có bước sóng ấy.
Hình 47.1