Экспериментальные и теоретические предпосылки квантовой механики.

К явлениям, не укладывающимся в чисто корпускулярные представления о природе электронов и других микрочастиц, относятся непонятная с точки зрения классической электродинамики устойчивость атомов. Согласно законам электродинамики электрон вращающийся вокруг ядра в его электрическом поле (движущийся с ускорением), должен излучать энергию виде электромагнитных волн, терять скорость и в конце концов упасть на ядро. Получается, что стационарное состояние планетарной модели атома невозможно. К тому же частота обращения электрона вокруг ядра должна непрерывно меняется, а совокупность атомов давать сплошной спектр излучения, что противоречило действительности.

Накопленный к началу ХХ в. Опыт спектроскопии указывал на то, что в стационарном состоянии атомы не излучают энергии, а для излучения возбуждённых атомов характерен линейчатый спектр, специфичный для данного химического элемента. При этом частоты спектральных линий находятся в определённых соотношениях, подчиняются экспериментально установленному комбинационному принципу Ритца.

Важный шаг в объяснении этих явлений был сделан в 1913 г. Бором предложенной им теорией строения атомом водорода и водородоподобных систем.

Принципиальным положением, выдвинутым Бором, является утверждение о неприменимости максвелловской электродинамики к движению электронов в атомах. Использовав гипотезу Планка о квантовой энергии осцилляторов и распространив её на атомные системы, Бор сформулировал два постулата:

1) постулат стационарных орбит– утверждает, что атом может пребывать сколько-нибудь длительное время только в определенных стационарных состояниях, в которых он не изменяет энергии. Орбиты электронов в этих состояниях определяются:

а) классической устойчивостью, т.е. ;

б) квантовой устойчивостью; для которой необходимо, чтобы момент количества движения был кратен h, т.е.

Приняв за нуль отсчёта потенциальной энергии энергию покоящегося и находящегося на бесконечно большом расстоянии от ядра (освободившегося от связи с ядром) электрона, для электрона, вращающегося по орбите радиуса r_n , получим отрицательную потенциальную энергию:

Для кинетической энергии электрона

при n=1 и z=1 – одноквантовое состояние;

2) постулат частот утверждает, что при переходе из одного стационарного состояния в другое атом излучат (или поглощает) электромагнитную энергию в виде одного кванта. При этом энергия кванта равна разности энергий начального и конечно состояний:

Правильность постулатов Бора подтверждена экспериментально.