原子光谱轨道

杨老师讲物理之轨道量子化

上一节我们讲了原子具有核式结构，即原子核质量很大，个头很小，并且带正电，电子质量和体积都很小带负电，两...

上一节我们讲了原子具有核式结构，即原子核质量很大，个头很小，并且带正电，电子质量和体积都很小带负电，两者之间的库伦引力提供电子所需的向心力。电子绕原子核转动。这个模型很好的解释了 α粒子散射实验。但有些问题用这种模型是解释不通的。

1原子大小问题。原子会向外辐射电磁波，电磁波是带有能量的，向外辐射那就意味着原子的能量在散失。我们知道电子绕原子核转动本身就具有一定的动能和电势能，向外散射能量那么电子本身的动能和电势能之和也随之减少，我们知道这就类似于地球卫星能量越高的卫星绕地球转圈就越大，即轨道半径就越大。能量越小轨道半径就越小。当卫星收撞击或其他原因导致能量减小时，卫星会做向心运动导致轨道半径减小，甚至回到地球上。卢瑟福建立的原子模型原理类似，那么原子一旦向外辐射电磁波那么电子的轨道半径就要缩小，甚至撞到原子核上呈现电中性。但实际观察并不是这样，氢原子为例它向外辐射电磁波，但原子的尺寸却很稳定。理论陷入困境。

2.氢原子光谱。首先我们解释一下光谱即光谱分析，光谱就是电磁波经过技术处理让其照在感光底片上所呈现的图像。这种图像是一条条的光带组成，按照波长的长短依次排列。如果辐射出的光含有所有波长断的光，那么这种光的光谱就是一条连续的彩色光带，叫做连续光谱，如果辐射的电磁波只有个别一种或几种波长的光，那么他的光谱图像就是分立的光带线中间有黑色的条纹，由于原子种类不同他们辐射出的光谱波长分部也不一样，所以一种原子对应一种特定的光谱图，我们把这种光谱叫做特征谱，用于确定元素种类。分析氢原子光谱时发现他的光谱图不是连续的光谱，也就是说他只能辐射几种特定频率的电磁波。我们知道卫星回收的时候轨道半径逐渐减小，那减小的能量也得连续变化。按这种模型分析的话辐射出的电磁波那个频率应该都有。不会出现分立的谱线。

解释不了说明这种模型有其局限性，需要更加的完善。出现问题是就会有英雄出现——波尔

波尔借鉴了量子的观点，提出轨道量子化。

即原子中电子的运行轨道并不是连续的，而是分立的几个轨道。电子这能在这几个分立的轨道上运行。不同的轨道所对应的能量不同导致原子处于不同的能量状态。如果电子在最低轨道上运行时原子能量最低，这种状态叫做基态。其他叫做激发态。当原子辐射能量说明电子从高能量轨道向低轨道上跑，反之吸收能量时说明电子从低到高。电子的这种变化叫做跃迁。由于轨道是分立的就会导致吸收或辐射几种特定值得能量。这样就很好的解释了氢原子稳定性和分立光谱问题。但波尔的模型并不完美他也有局限性，咱们下回讨论。