氢原子光谱的玻尔理论解释

玻尔的氢原子理论是阐述氢原子结构的半经典理论。是N·玻尔在1913结合M·普朗克的量子概念、里德伯-里兹结合原理和E·卢瑟福的原子核结构模型提出的。玻尔理论的基本假设是:①原子核外的电子只能在一系列无辐射的定态轨道上运动，这种特殊的力学平衡态可以用经典力学方法处理。(2)当一个原子从一个能量为Ei的稳态跃迁到另一个能量为Ef的稳态时，产生辐射(或吸收)。在跃迁开始和结束时，辐射频率v和两个稳态能量之间的关系由以下公式确定:

|Ei-Ef|=hv .

根据玻尔的基本假设，可以导出氢原子光谱的巴尔末系统、帕邢系统、莱曼系统、布拉拉系统、发现者系统和汉弗莱系统的公式。

玻尔还假设电子与原子核的相互作用主要是库仑力。玻尔认为电子围绕原子核做圆周运动。

玻尔的理论突破了经典概念，提出了稳态、量子化条件、分立能级、能级间跃迁等极其重要的概念，首次从理论上解释了氢原子光谱的经验规律，成就巨大。另一方面，玻尔的理论仍然没有摆脱经典理论的束缚，因此具有很大的局限性。正确的理论应该基于量子力学。

事实上，根据量子力学，当原子处于稳态时，其概率密度不随时间变化。原子的电荷密度由其概率密度和电子的电荷量决定。稳定的电荷分布系统不会产生电磁辐射，所以原子处于稳态时不会辐射电磁波。在原子跃迁过程中，已知概率密度会随时间振荡，频率为v=|Em-En|/h，恰好与玻尔理论给出的相同。概率密度随时间的振荡是指周围发现电子的概率会随时间振荡，所以原子的电荷分布也会随时间振荡，原子当然会辐射。这样，我们就满意地解释了原子跃迁时电磁波辐射(吸收)的内在机制。