Mô hình hành tinh nguyên tử và các tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử – HocHay

– Năm 1911, Rutherford đề xuất mẫu hành tinh nguyên tử: Theo Rutherford nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang tích điện dương nằm ở chính giữa, xung quanh có các electron mang điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo tròn hay elíp giống như hệ Mặt Trời nên gọi là mẫu hành tinh nguyên tử.

– Khối lượng nguyên tử hầu như tập trung ở hạt nhân.

• Thiếu sót của mô hình:

– Khi bức xạ sẽ phát ra quang phổ liên tục.

– Tính bền vững của nguyên tử.

• Khắc phục: Mẫu nguyên tử của Bo bao gồm mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề của Bo.

• Tiên đề 1 về các trạng thái dừng:

– Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định En, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.

– Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng.

– Đối với nguyên tử hydro, bán kính các quỹ đạo dừng tăng tỷ lệ thuận với bình phương các số nguyên liên tiếp. 

– Công thức tính quỹ đạo dừng của electrong trong nguyên tử hydro:

rn=n2.r0 

với r0=0,53A0=5,3.10−11 m gọi là bán kính Bo và n = 1, 2, 3,…

Lưu ý:

Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ cỡ 10−8s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản.

• Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử:

– Khi nguyên tử phát ra một phôtôn thì nó chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng cao (En) sang trạng thái dừng có năng lượng thấp (Em) và phôtôn nó phát ra có năng lượng đúng bằng hiệu En–Em.

– Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En–Em thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng En lớn hơn.

– Năng lượng phôtôn bị nguyên tử phát ra (hay hấp thụ) có giá trị:

ε=hfnm=hcλnm=En–Em

– Khi electron chuyển từ mức năng lương cao (Ecao) xuống mức năng lượng thấp hơn (ấEthấp) thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng hoàn toàn xác định: 

ấh.f=Ecao–Ethấp

– Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ=cf,  tức là ứng với một vạch quang phổ có một màu nhất định. Điều đó lí giải quang phổ phát xạ của hyđrô là quang phổ vạch.

– Ngược lại, nếu một nguyên tử hyđrô đang ở một mức năng lượng thấp nào đó mà nằm trong một chùm ánh sáng trắng, trong đó có tất cả các phôtôn có năng lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, thì lập tức nguyên tử đó sẽ hấp thụ ngay một phôtôn có năng lượng phù hợp  

• Kết luận: Quang phổ của hyđrô là quang phổ vạch (hấp thụ hoặc phát xạ). Trong quang phổ của hyđrô có 4 vạch nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy: đỏ, lam, chàm, tím.