Начнём мы с Вами эту Мини-лекцию с того же чем и закончили предыдущую, с модели атома водорода Резерфорда-Бора. Вот на рис.1 и есть те стационарные орбиты по которым как бы и носятся электроны. Да те самые, которые должны излучать, что-то, но не излучают?! Но, при всём обладают энергией в соответствие с рисунком. Стало быть это энергетические уровни, которые принято изображать как на рис.2. И получается, что нам все эти орбиты до лампочки, в смысле по барабану! А, все эти уровни на рисунке отображены в виде перпендикулярных отрезков к оси Е. Против каждого отрезка квантовое число n со своим номером, тем самым, что на рис.1. И со стационарной величиной энергии каждого уровня. Все электроны с Е<0 находятся в атоме в связанных состояниях, а при Е>0 наоборот, в свободном. Как кошки, гуляют сами по себе...
Так, что же происходит в атоме с этими уровнями? В основном электрон находится в спящем режиме или нормальном на уровне при n=1. На уровнях при n>1 атом находится в возбуждённом состоянии и очень короткое время. Но бывают так называемые метастабильные состояния и в этом случае атом находится до долей секунды. Метастабильное от греческого meta «сверх» + от латинского stabilis «постоянный». Так ещё состояние длительного неустойчивого равновесия внутри физической системы. При n стремящейся к бесконечности, электрон уходит от ядра атома на бесконечно большое расстояние...
А, какое, собственно говоря нам дело до всех этих уровней? Ну, мы-то, вообще про квантовую механику... И? Так Макс который Планк сказал, что вся наша жистя дискретна и фотоны которые должны излучать (почему-то) атомы тоже дискретны, а не как им вздумается?! А, точнее на рис.2а лесенка из формул... На самом верху та самая, знаменитая! Е = hv, где v - частота, а h - постоянная Планка. Ниже энергия переданная фотону при переходе электрона с верхнего уровня на нижний (hv). Если формулу перетасовать получим значение частоты излучаемого фотона. По-прежнему остаётся деликатный вопрос: «На кой хрен нам все эти орбиты? И все эти вращения?» Ну, дык?!
На рис.4, 5, показаны варианты излучения... На рис.4 электрон находится на нижнем (относительно) уровне. Извне приходит фотон и атом его поглощает. При этом атом переходит в состояние с большей энергией. На рис.5 происходит переход электрона с орбиты более удалённой на ближнюю к ядру атома. Разность энергий уровней превращается в фотон. Иногда употребляют выражение СПОНТАННОЕ излучение. Типа, сдуру произошло, ну, бывает?!
Так, что же изображено на рис.2? Это энергетическая диаграмма, в данном случае атома водорода. На рис.1 зелёная стрелочка показывает случайный переход атома с уровня n = 3 на уровень n = 2. Этот же процесс отображается на диаграмме рис.2, та же зелёная стрелочка. Что для нас это значит? Это и есть излучение фотона с определённой частотой. И если мысленно представить непрерывный процесс скачек электронов по уровням (как на Украине, скачки идиотов) то мы будем иметь набор неких частот, СПЕКТР частот. Есть такое понятие как сплошной спектр наш белый свет, от сель и до сель. Но есть и другой, — ЛИНЕЙЧАТЫЙ. Вот на рис.3а он и есть. Это в случае излучения, а на рис.3b поглощения на фоне непрерывного (сплошного) спектра. Как видите это набор цветных линий. Каждая линия имеет свою индивидуальную ширину. Ни один из источников не даёт МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА, т. е. света строго определённой длины волны. Вот на рис.6 и показан график распределения спектральной плотности интенсивности излучения линейчатого спектра. По-русски, полосы частот, аналогичным видимым полосам спектра водорода на рис.3а. Не смотря на заверения Макса который Планк, и здесь не всё чисто, те же допуски и посадки, мать яя!
Наличие же многих спектральных линий указывает на сложность внутреннего строения атома. Изучение атомных спектров послужило ключом к познанию внутренней структуры атомов. Прежде всего было замечено, что спектральные линии расположены не беспорядочно, а образуют серии линий. Изучая линейчатый спектр атомарного водорода, швейцарский учитель Иоганн Якоб Бальмер (1825-1898) установил в 1885 году следующую закономерность. В современных обозначениях она выглядит так как на рис.7. Ну, с n0 как бы понятно, а вот с n не совсем?.. И вот для видимого света Бальмер установил, что n0 = 2, а n = 3, 4, 5, 6, ..., Что по-русски означает, переход атома с уровней 3, 4, 5 и 6 на уровень n = 2 ,будут происходить излучение электромагнитных волн (фотонов) в соответствие формул рис.2а. Получается некий набор частот получивший название спектр, в отличие от сплошного видимого, тот самый, линейчатый. Получается целая серия таких частот (спектральных линий). В последствие эта серия была названы именем Бальмера! Часть серии входящий в область видимого нами Вы и видите на рис.3a,b. В верху спектр излучения, а внизу поглощения. В отличие от формулы Бальмера при описании спектров используют не частоты, а длины волн.
Как оказалось, что не только Бальмер был такой вумный, но другие... Так в 1908 году, некто немецкий физик Фридрих Пашен (1865-1947) тоже открыл свою серию но уже в инфракрасной области света. Американский физик Теодор Лайман (1874-1954) подсуетился и в 1916 году открыл тоже свою серию но уже в ультрафиолетовой области. Что интересно, обобщённая формула Бальмера очень даже хорошо отображает и остальные серии (Пашена и Лаймана). Так для серии Лаймана n0 = 1, а n = 2, 3, 4, ...,. Для Пашена n0 = 3, а n = 4, 5, 6, ...,. Все эти красоты видна на рис.2. Как Вы могли заметить, мы как-то отошли от всяких орбит... Для нас, что они есть, что их вообще нет?! Есть уровни и до свидание...
Как видите даже я не будучи хоть каким-то мелким учёным задался вопросом на предмет вращения электронов, а что говорить о головах учёных, в которых (головах) тот же вопрос?! Но повязанные паутиной классической механики многие яростно сопротивляются... Для них они (электроны) всё ещё вертятся... А, почему и главное зачем? Мол так надо!!! И пошли спать! Но придёт квантовая механика и всё и всех поставит на место!!! И под занавес, признание...
Однажды Макс Планк сказал: «Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою НЕПРАВОТУ, а большей частью так, что противники эти постепенно ВЫМИРАЮТ, а новое поколение усваивают истину СРАЗУ». Поэтому Нильс Бор не очень удивился, когда в 50-х годах, после одной из его лекций по квантовой механике к нему подошёл студент и спросил: «Профессор, неужели когда-то были такие идиоты, которые думали, что электрон в атоме вращается по орбите?»
Беседа с Бором произвела на немецкого физика Вернера Гейзенберга очень сильное впечатление. Бор признался ему, что «НИКОГДА не воспринимал выражение планетарный атом БУКВАЛЬНО!»